doi.org/10.1038/s41467-024-47243-2
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#emaranhamento
Novas pesquisas estabeleceram uma estrutura reversível para o emaranhamento quântico, alinhando-a com os princípios da termodinâmica e abrindo caminho para uma melhor manipulação e compreensão dos recursos quânticos.
Bartosz Regula do Centro RIKEN de Computação Quântica e Ludovico Lami da Universidade de Amsterdã demonstraram através de cálculos probabilísticos a existência de uma regra de “entropia? para o emaranhamento quântico.
Esta descoberta poderá melhorar a nossa compreensão do emaranhamento quântico, um recurso crucial que sustenta o potencial dos futuros computadores quânticos.
Embora o emaranhamento quântico tenha sido um foco de pesquisa na ciência da informação quântica durante décadas, os métodos ideais para a sua utilização eficaz permanecem em grande parte desconhecidos.
A segunda lei da termodinâmica, que diz que um sistema nunca pode passar para um estado com menor entropia, ou ordem, é uma das leis mais fundamentais da natureza e está no cerne da física.
É o que cria a seta do tempo, e revela-nos o fato notável de que a dinâmica dos sistemas físicos gerais, mesmo os extremamente complexos, como os gases ou os buracos negros, é encapsulada por uma única função, a sua entropia.
Desafios no entrelaçamento quântico
Porém, há uma complicação.
Sabe-se que o princípio da entropia se aplica a todos os sistemas clássicos, mas hoje exploramos cada vez mais o mundo quântico.
Estamos agora a passar por uma revolução quântica e torna-se crucialmente importante compreender como podemos extrair e transformar os recursos quânticos caros e frágeis.
Em particular, o emaranhamento quântico, que permite vantagens significativas em comunicação, computação e criptografia, é crucial, mas devido à sua estrutura extremamente complexa, manipulá-lo de forma eficiente e até mesmo compreender as suas propriedades básicas é normalmente muito mais desafiador do que no caso da termodinâmica.
A dificuldade reside no fato de que tal segunda lei para o emaranhamento quântico exigiria que mostrássemos que as transformações do emaranhamento podem ser reversíveis, tal como o trabalho e o calor podem ser interconvertidos na termodinâmica.
Sabe-se que a reversibilidade do emaranhamento é muito mais difícil de garantir do que a reversibilidade das transformações termodinâmicas, e todas as tentativas anteriores de estabelecer qualquer forma de teoria reversível do emaranhamento falharam.
Suspeitou-se até que o emaranhamento poderia ser irreversível, tornando a busca impossível.
Avanço na reversibilidade do emaranhamento
Em seu novo trabalho, publicado na Nature Communications, os autores resolvem essa conjectura de longa data usando transformações de emaranhamento probabilístico, que só têm garantia de sucesso em algumas ocasiões, mas que, em troca, fornecem um aumento poder na conversão de sistemas quânticos.
Sob tais processos, os autores mostram que é de fato possível estabelecer uma estrutura reversível para a manipulação do emaranhamento, identificando assim um ambiente no qual emerge uma entropia única do emaranhamento e todas as transformações do emaranhamento são governadas por uma única quantidade.
Os métodos utilizados poderiam ser aplicados de forma mais ampla, mostrando propriedades de reversibilidade semelhantes também para recursos quânticos mais gerais.
De acordo com Regula, nossas descobertas marcam um progresso significativo na compreensão das propriedades básicas do emaranhamento, revelando conexões fundamentais entre o emaranhamento e a termodinâmica e, crucialmente, proporcionando uma grande simplificação na compreensão dos processos de conversão do emaranhamento.
Isto não só tem aplicações imediatas e diretas nos fundamentos da teoria quântica, mas também ajudará a compreender as limitações finais da nossa capacidade de manipular eficientemente o emaranhamento na prática.- Olhando para o futuro, continua ele, Nosso trabalho serve como o próprio primeira evidência de que a reversibilidade é um fenômeno alcançável na teoria do emaranhamento.
No entanto, foram conjecturadas formas ainda mais fortes de reversibilidade, e há esperança de que o emaranhamento possa ser tornado reversível mesmo sob suposições mais fracas do que as que fizemos no nosso trabalho, nomeadamente, sem ter de confiar em transformações probabilísticas.
A questão é que responder a estas questões parece significativamente mais difícil, exigindo a solução de problemas matemáticos e de teoria da informação que escaparam a todas as tentativas de os resolver até agora.
Compreender os requisitos precisos para que a reversibilidade seja mantida permanece, portanto, um problema fascinante em aberto.-
Publicado em 25/07/2024 19h19
Artigo original:
- https://scitechdaily.com/solving-quantum-mysteries-physicists-confirm-entropy-rule-for-entanglement/
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