Един закон за всички светове: Квантовото заплитане е потвърдено във всички измерения

Учени за първи път показаха, че квантовото заплитане се подчинява на универсални закони във всички измерения – от прости едноизмерни системи до по-сложни многоизмерни пространства. Изследването им е публикувано в списание Physical Review Letters.

Екипът от теоретици, който включва служители на Университета в Кюшу, Калифорнийския технологичен институт и Института по физически и математически науки на Токийския университет, използва т.нар. теория на термичната ефективност – подход, заимстван от физиката на елементарните частици. Тя позволява поведението на сложни системи да бъде описано само чрез няколко ключови параметъра. За първи път този метод беше приложен към проблемите на квантовата информация и показа, че дори във високи измерения заплитането се държи според универсални правила.

Квантовото заплитане е особена форма на корелация между частиците, при която промяната в състоянието на една частица моментално влияе на друга, независимо от разстоянието. Това явление е в основата на технологии като квантовите компютри и сигурното предаване на данни, а също така играе важна роля в теоретични изследвания като тези, свързани с природата на черните дупки.

За да опишат заплитането, физиците използват т.нар. ентропия на Рени – величина, която позволява да се оцени сложността на квантовото състояние и разпределението на информацията.

Досега обаче такива изчисления са извършвани предимно само за системи в (1+1)-измерни пространства – т.е. с една пространствена и една времева координата. При по-големи измерения анализите стават по-сложни и малко методи са в състояние да се справят с тази задача.

Тук се налага теорията на термичната ефективност. Учените показаха, че поведението на ентропията на Рени при малки стойности на параметъра, наречен „число на репликата“, се определя само от няколко величини – като например енергията на Казимир. Това позволило да се анализира спектърът на заплитане (набор от стойности, описващи степента на свързаност между подсистемите) в области, в които преди това изчисленията са били практически невъзможни.

Авторите на изследването подчертават, че резултатите им са приложими не само в ниски измерения, но и в произволни многомерни пространства. Това открива пътя към по-задълбочено разбиране на структурата на квантовото заплитане и може да повлияе на развитието както на фундаменталната наука, така и на практическите приложения.

В бъдеще подобни теоретични постижения ще помогнат да се създадат нови подходи за моделиране на многомерни квантови системи, да се предложи класификация на заплетените състояния и дори да се доближим до обяснението на фундаментални въпроси на квантовата гравитация.