결국 '얽힘의 두 번째 법칙'은 없습니다.
날짜:
2023년 1월 24일
원천:
Universiteit van Amsterdam
요약:
두 개의 미시적 시스템이 얽히면 물리적 거리에 관계없이 속성이 서로 연결됩니다. 이 고유한 양자 현상을 조작하면 양자 암호, 통신 및 계산이 가능합니다. 양자 얽힘과 열의 고전 물리학 사이에 유사점이 도출되었지만, 새로운 연구는 이러한 비교의 한계를 보여줍니다. 얽힘은 우리가 인정한 것보다 훨씬 더 풍부합니다.
두 개의 미시적 시스템이 얽히면 물리적 거리에 관계없이 속성이 서로 연결됩니다. 이 고유한 양자 현상을 조작하면 양자 암호, 통신 및 계산이 가능합니다. 양자 얽힘과 열의 고전 물리학 사이에 유사점이 도출되었지만, 새로운 연구는 이러한 비교의 한계를 보여줍니다. 얽힘은 우리가 인정한 것보다 훨씬 더 풍부합니다. 티
두 번째 법칙의 힘
열역학 제2법칙은 종종 의심할 여지 없이 절대적으로 참인 몇 가지 물리 법칙 중 하나로 간주됩니다. 법칙에 따르면 닫힌 시스템의 '엔트로피'(물리적 속성)는 절대 감소할 수 없습니다. 그것은 일상적인 사건에 '시간의 화살'을 추가하여 어떤 프로세스가 가역적이며 어떤 프로세스가 가역적이지 않은지 결정합니다. 뜨거운 난로 위에 놓인 각얼음이 항상 녹는 이유와 밸브가 대기 중으로 열렸을 때 압축 가스가 항상 용기 밖으로 날아가는(다시 들어가지 않는) 이유를 설명합니다.
엔트로피와 에너지가 동일한 상태만이 한 상태에서 다른 상태로 가역적으로 변환될 수 있습니다. 이 가역성 조건은 (이상적인) Carnot 순환과 같은 열역학적 과정의 발견으로 이어졌습니다. Carnot 순환은 서로 다른 온도와 압력을 통해 닫힌 시스템을 순환함으로써 열을 일로 변환하거나 그 반대로 얼마나 효율적으로 변환할 수 있는지에 대한 상한선을 제시합니다. . 이 과정에 대한 우리의 이해는 서구 산업 혁명 동안 급속한 경제 발전을 뒷받침했습니다.
양자 엔트로피
열역학 제2법칙의 아름다움은 미세한 세부 사항에 관계없이 모든 거시적 시스템에 적용할 수 있다는 것입니다. 양자 시스템에서 이러한 세부 사항 중 하나는 얽힘일 수 있습니다. 즉, 시스템의 분리된 구성 요소가 속성을 공유하게 만드는 양자 연결입니다. 흥미롭게도 양자 얽힘은 양자 시스템이 대부분 미시 영역에서 연구되지만 열역학과 많은 심오한 유사성을 공유합니다. 과학자들은 적어도 주변과 완벽하게 격리된 이상적인 양자 시스템에 대해 열역학적 엔트로피의 역할을 정확하게 모방하는 '얽힘 엔트로피'의 개념을 발견했습니다.
"양자 얽힘은 미래 양자 컴퓨터의 많은 힘을 뒷받침하는 핵심 리소스입니다. 이를 효과적으로 사용하려면 이를 조작하는 방법을 배워야 합니다."라고 양자 정보 연구원인 Ludovico Lami는 말합니다. Carnot 주기와 직접적으로 유사하게 얽힘이 항상 가역적으로 조작될 수 있는지에 대한 근본적인 질문이 되었습니다. 결정적으로, 이러한 가역성은 적어도 이론적으로는 환경으로부터 완벽하게 격리되지 않은 잡음이 많은('혼합된') 양자 시스템에 대해서도 유지되어야 합니다.
얽힘 엔트로피를 일반화하고 모든 얽힘 조작 프로토콜을 지배하는 단일 기능으로 구현되는 '얽힘의 두 번째 법칙'이 확립될 수 있다고 추측되었습니다. 이 추측은 양자 정보 이론의 유명한 공개 문제 목록에 등장했습니다.
얽힘의 두 번째 법칙 없음
이 오랜 미해결 문제를 해결하기 위해 Lami(이전 Ulm 대학, 현재 QuSoft 및 암스테르담 대학)와 Bartosz Regula(도쿄 대학)가 수행한 연구는 얽힘 조작이 근본적으로 돌이킬 수 없으며, 얽힘의 두 번째 법칙을 수립하기를 희망합니다. 이 새로운 결과는 순수한 얽힘을 사용하여 생성하는 데 매우 '비싼' 특정 양자 상태의 구성에 의존합니다. 이 상태를 생성하면 투자된 얽힘을 완전히 복구할 수 없기 때문에 항상 이 얽힘의 일부가 손실됩니다. 결과적으로 이 상태를 다른 상태로 변환했다가 다시 원래 상태로 되돌리는 것은 본질적으로 불가능합니다. 그러한 상태의 존재는 이전에는 알려지지 않았습니다.
여기에 사용된 접근 방식은 사용되는 정확한 변환 프로토콜을 전제하지 않기 때문에 가능한 모든 설정에서 얽힘의 가역성을 배제합니다. 자체적으로 새로운 얽힘을 생성하지 않는다고 가정하면 모든 프로토콜에 적용됩니다 . Lami는 다음과 같이 설명합니다.
Lami: "얽힘 엔트로피와 같은 단일 양으로는 얽힌 물리적 시스템의 허용된 변환에 대해 알아야 할 모든 것을 말해 줄 수 없다고 결론을 내릴 수 있습니다. 따라서 얽힘 이론과 열역학 이론은 근본적으로 다르고 양립할 수 없는 집합에 의해 지배됩니다. 법률."
이것은 양자 얽힘을 설명하는 것이 과학자들이 기대했던 것만큼 간단하지 않다는 것을 의미할 수 있습니다. 그러나 단점이 되기보다는 고전적인 열역학 법칙에 비해 훨씬 더 복잡한 얽힘 이론은 얽힘을 사용하여 그렇지 않으면 완전히 상상할 수 없는 위업을 달성할 수 있게 해줍니다. "현재 우리가 확실히 아는 것은 얽힘이 우리가 인정한 훨씬 더 풍부하고 복잡한 구조를 숨기고 있다는 것입니다."라고 Lami는 결론지었습니다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/