量子纠缠可能与蒸汽机有着深刻的联系

一年后几乎排除了这种可能性，一对来自日本和荷兰的理论物理学家发现了量子纠缠与驱动蒸汽机、烘干袜子甚至可能使时间箭头指向一个方向的物理学有着根本的共同之处。

这种普遍性质，如果它确实像他们所建议的那样存在，它将控制纠缠系统之间的所有转换，并为物理学家提供一种测量和比较纠缠的方法，而不仅仅是计算量子比特 - 并知道他们操纵纠缠对的极限。

量子纠缠，不同物体的量子模糊性在数学上合并的趋势，是量子计算以及叠加。当粒子、原子或分子纠缠在一起时，了解一个会告诉我们另一个。

在实现这些计算梦想的过程中，物理学家主要关注的是如何将两个粒子缠绕成纠缠状态并且不打扰它们，因此它们不会崩溃并且可以可靠地远距离传输信息.

然而，很少有人考虑纠缠粒子是否可以从一个量子态转化为另一个量子态，这将有多困难，存在多少可能的排列，以及最终纠缠过程是否是可逆的。

在热力学，可逆性描述了理想的过程，这些过程可以以一种使系统和宇宙有效保持不变的方式被撤消。例如，用热量将水变成蒸汽可以驱动活塞，而推动蒸汽的活塞可以将其恢复到加热的液态。

如果纠缠态也可以被撤消，即使在理论上，这可能意味着与热力学可以指出量子力学中更深层次的真理。

“我们的工作是第一个证据，证明可逆性是纠缠理论中可实现的现象，”说量子物理学家Bartosz Regula，来自RIKEN中心。量子计算在日本，他与阿姆斯特丹大学的Ludovico Lami合作进行了这项研究。

“这不仅在量子理论的基础中具有直接和直接的应用，而且还将有助于理解我们在实践中有效操纵纠缠的能力的最终限制，”Regula说增加.

可逆过程在现实中不可能发生，这要归功于热力学第二定律.总结为一个称为熵，它决定了封闭系统中的任何新状态在变化后都可能不具备完全逆转所需的能量。

想反转活塞吗？你需要从其他地方汲取能量。由于宇宙是一个封闭的系统，无法从其他地方获取能量，因此它的熵将永远增加。

鉴于热力学中熵和可逆性之间的密切关系，确定纠缠中的平行关系可能对理解量子变换具有深远的意义。

为了建立纠缠的“熵”，Regula和Lami必须证明纠缠变换确实可以被逆转，就像功和热可以在热力学中转换一样。

关于纠缠存在某种“熵”的说法是 Regula 和 Lami 的突然转变，他们去年发表了一篇留学自然物理这声称“毕竟没有纠缠操纵的第二定律”。

这对结束因为纠缠粒子总是会导致这种纠缠的某种损失，而这种纠缠永远无法完全恢复，所以不可能将一个量子态或资源转化为另一个量子态或资源，然后再转换回来。

“我们可以得出结论，没有一个单一的量，如纠缠熵，可以告诉我们关于纠缠物理系统允许变换的一切。拉米当时说.

但这些发现并没有阻止他们。相反，他们以为它建议一个统一的纠缠理论，如果存在的话，比经典的热力学定律要复杂得多。所以他们一直在计算数字。

他们的最新产品使用概率纠缠变换，这种变换只在某些时候起作用，但提供了更多的功能，这表明纠缠的可逆框架可能是可能的。

但雷古拉承认证明纠缠粒子的变换在实践中是如何工作的，而不仅仅是证明它在统计上是可能的，涉及解决数学问题，“到目前为止，所有解决它们的尝试都逃避了”。

更重要的是，这对搭档的工作与之前描述某些量子变换的尝试不同，因为它只考虑了可以以某种概率实现的变换——无论这些概率有多小。因此，这些概率可能不足以证明在实践中存在可重复的、可逆的纠缠态变换。

“因此，了解可逆性的确切要求仍然是一个引人入胜的开放性问题，”雷古拉 说.

该研究已发表在自然通讯.

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