作者 jackliao1990 (j)
標題 [新聞] 解開量子之謎:物理學家證實了糾纏熵規則
時間 Wed Jul 24 09:40:10 2024



1.媒體來源:
SciTechDaily

2.記者署名:
日本理化學研究所

3.完整新聞標題:
Solving Quantum Mysteries: Physicists Confirm Entropy Rule for Entanglement

4.完整新聞內文:
新研究建立了量子糾纏的可逆框架,使其與熱力學原理保持一致,並為改進量子資源的操
縱和理解鋪平了道路。

日本理化學研究所量子計算中心的Bartosz Regula和阿姆斯特丹大學的Ludovico Lami透過機率
計算證明了量子糾纏的「熵」規則的存在。 這項發現可以增強我們對量子糾纏的理解,
而量子糾纏是支撐未來量子電腦潛力的重要資源。 儘管幾十年來量子糾纏一直是量子資
訊科學的研究熱點,但有效利用其的最佳方法仍然很大程度上未知。


熱力學第二定律指出,系統永遠不可能進入較低「熵」或有序的狀態,是最基本的自然定
律之一,也是物理學的核心。 它創造了“時間之箭”,並告訴我們一個值得注意的事實
:一般物理系統的動力學,即使是氣體或黑洞等極其複雜的系統,也被一個單一的函數,
即“熵”所封裝。


量子糾纏的挑戰

然而,有一個複雜的情況。 眾所周知,熵原理適用於所有經典系統,但今天我們越來越
多地探索量子世界。 我們現在正在經歷一場量子革命,了解如何提取和轉化昂貴而脆弱
的量子資源變得至關重要。 特別是,量子糾纏在通訊、計算和密碼學方面具有顯著優勢
,這一點至關重要,但由於其極其複雜的結構,有效地操縱它甚至理解其基本屬性通常比
熱力學更具挑戰性。


困難在於,這樣的量子糾纏「第二定律」需要我們證明糾纏變換是 可逆的 ,就像熱力學
中功和熱可以互相轉換一樣。 眾所周知,糾纏的可逆性比熱力學變換的可逆性更難保證
,之前所有建立任何形式的可逆糾纏理論的嘗試都失敗了。 人們甚至懷疑糾纏實際上可
能是不可逆轉的,使得這項任務成為不可能的任務。

糾纏可逆性的突破

發表在《自然通訊》上的新作品中 ,作者透過使用「機率」糾纏變換解決了這個長期
存在的猜想,這種變換只能保證在某些時候成功,但作為回報,它提供了更強的轉換能力
。 在這樣的過程下,作者表明確實有可能建立一個用於糾纏操縱的可逆框架,從而確定
一種設置,在該設置中出現獨特的“糾纏熵”,並且所有糾纏變換都由單一量控制。 他
們使用的方法可以更廣泛地應用,對於更通用的量子資源也顯示出類似的可逆性特性。

Regula 表示:「我們的發現標誌著在理解糾纏的基本性質方面取得了重大進展,揭示了
糾纏與熱力學之間的基本聯繫,最重要的是,它大大簡化了對糾纏轉換過程的理解。 這
不僅在量子理論的基礎上有直接的應用,而且還有助於理解我們在實踐中有效操縱糾纏的
能力的最終限制。


展望未來,他繼續說:「我們的工作是第一個證據,證明可逆性是糾纏理論中可以實現的
現象。 然而,人們已經猜想出了更強的可逆性形式,並且即使在比我們在工作中所做的
假設更弱的假設下,也有希望使糾纏變得可逆——特別是,不必依賴機率變換。 問題在
於,回答這些問題似乎更加困難,需要解決迄今為止所有解決這些問題的嘗試所無法解決
的數學和資訊理論問題。 因此,了解可逆性保持的精確要求仍然是一個令人著迷的懸而
未決的問題。


參考文獻:“透過機率協議實現量子資源的可逆性”,作者:Bartosz Regula 和
Ludovico Lami,2024 年 4 月 17 日, Nature Communications 。
DOI:10.1038/s41467-024-47243-2


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https://reurl.cc/3X89jO
Solving Quantum Mysteries: Physicists Confirm Entropy Rule for Entanglement
[圖]
New research has established a reversible framework for quantum entanglement, aligning it with the principles of thermodynamics and paving the way for ...

 

6.備註:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-47243-2
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※ 作者: jackliao1990 2024-07-24 09:40:10
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