Группа теоретиков из Японии и США применила тепловую эффективную теорию, чтобы показать: квантовая запутанность подчиняется универсальным законам в любом числе измерений. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Квантовая запутанность — феномен, при котором частицы, даже на большом расстоянии друг от друга, остаются тесно связаны. Это основа квантовых технологий — от вычислений до защищенной связи. Но по мере увеличения числа измерений структура этой взаимосвязи становится все сложнее для анализа.
До недавнего времени большинство теоретических исследований ограничивались (1+1)-мерными системами — с одним пространственным и одним временным измерением. Команда под руководством Юи Кусуки (Университет Кюсю) и Хироси Оогури (Caltech и Токийский университет) показала, что в многомерных системах действуют универсальные закономерности, которые можно описать с помощью тепловой эффективной теории — метода, заимствованного из физики элементарных частиц.
Исследователи использовали тепловую эффективную теорию — метод, недавно показавший хорошие результаты в анализе сложных многомерных моделей в физике элементарных частиц. Суть этой теории в том, что даже очень сложную систему можно описать с помощью всего нескольких ключевых параметров. Применив этот метод к квантовой теории информации, ученые проанализировали поведение энтропии Реньи — важной характеристики, которая измеряет степень квантовой запутанности.
Энтропия Реньи зависит от специального параметра, называемого числом реплик. Авторы показали, что при малых значениях этого параметра поведение энтропии описывается универсальными законами, в которых основную роль играют всего несколько величин, например, энергия Казимира. Это позволило исследовать, как устроен спектр запутанности, то есть как распределены собственные значения плотности квантового состояния в многомерных системах.
Кроме того, ученые показали, что универсальность сохраняется даже при разных методах вычисления энтропии Реньи. Важно, что все эти результаты справедливы не только для (1+1)-мерных систем, но и для произвольного числа пространственных измерений. Это серьезный шаг к пониманию того, как устроена квантовая запутанность в более сложных и реалистичных моделях мира.
Это открытие открывает возможности более точного моделирования многомерных квантовых систем, может повлиять на методы классификации сложных состояний и даже углубить понимание квантовой гравитации.
Ранее Наука Mail рассказывала о перспективах развития квантовых технологий.
