Второй закон термодинамики — один из краеугольных камней физики, он утверждает: беспорядок в системе (энтропия) всегда растёт, и любые обратимые процессы — редкость, требующая идеальных условий

Второй закон термодинамики — один из краеугольных камней физики, он утверждает: беспорядок в системе (энтропия) всегда растёт, и любые обратимые процессы — редкость, требующая идеальных условий. Более двух веков спустя учёные нашли квантовый аналог этого закона, но уже не для тепла, а для квантовой запутанности — загадочного явления, в котором частицы остаются связаны друг с другом, даже будучи разделёнными световыми годами.

Квантовая запутанность — главный ресурс квантовой информации, обеспечивающий работу квантовых компьютеров, телепортации и сверхбезопасной связи. До недавнего времени считалось, что запутанностью нельзя управлять так же «элегантно», как, скажем, энергией — всё было необратимо. Но новая работа, опубликованная в Physical Review Letters, изменила правила игры.

Учёные ввели концепцию «батареи запутанности». Как обычная батарея хранит энергию, так квантовая батарея аккумулирует запутанность, которую можно использовать для преобразования состояний. Главное условие: нельзя уменьшать уровень запутанности в самой батарее. В этом режиме физики доказали: любые манипуляции с запутанностью можно сделать полностью обратимыми.

Что это значит? Представь, что у тебя есть две запутанные частицы, и ты используешь их для выполнения квантовой телепортации — передачи состояния одной частицы в другую без перемещения самой частицы. После выполнения такой операции запутанность между частицами исчезает: она как бы «расходуется» на выполнение задачи. Это не значит, что исчезла энергия — просто само состояние связи между частицами больше не может быть использовано повторно.

В контексте «квантовой батареи» это означает: у тебя есть запас запутанных пар, заранее подготовленных. Эти пары могут быть использованы как вспомогательный инструмент для того, чтобы проводить сложные манипуляции с другими квантовыми объектами — и при этом не нарушать или обратимо восстанавливать структуру главной системы.

Более того, концепция батареи может быть обобщена: она может хранить не только запутанность, но и, например, когерентность или свободную энергию. Это открывает путь к созданию универсальной ресурсной теории в квантовой механике — аналога термодинамики для мира суперпозиций и измерений.

Physical Review Letters (https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/kl56-p2vb)

Источник: journals.aps.org

Комментарии: