راز درهم‌تنیدگی کوانتومی کشف شد_آینده

پژوهشی تازه مشخص می کند که اتفاق پیچیده درهم‌تنیدگی کوانتومی صرف‌نظر از تعداد ابعاد فضازمان، از الگوی مشترکی پیروی می‌کند. این یافته که با منفعت‌گیری از رویکردی موسوم به نظریه مؤثر حرارتی به دست آمده، می‌تواند گامی مهم در فهمیدن ساختار‌های بنیادین اطلاعات کوانتومی باشد.

به گزارش earth، درهم‌تنیدگی کوانتومی از مفاهیم کلیدی در حوزه رایانش کوانتومی، ارتباطات امن و اصلاح خطای کوانتومی به حساب می اید. با این حال فرمول‌بندی دقیق و جهان‌شمول آن در ابعاد بالاتر مدام چالش‌برانگیز بوده است.

تمرکز بر آنتروپی رنیی

تیم پژوهشی به سرپرستی یویا کوسوکی از مؤسسه مطالعات پیشرفته دانشگاه کیوشو با همکاری هیروسی اوگوری از مؤسسه کاولی دانشگاه توکیو و کلتک و سریدیپ پال از کلتک نشان داده‌اند که یک معیار استاندارد به نام آنتروپی رنیی (Rényi entropy) در شرایطی خاص شکل جهان‌شمولی به خود می‌گیرد. به طور اشکار، در حالت‌هایی که عدد تکرار (پارامتر n) کوچک باشد و مرز ناحیه مورد بازدید کروی فکر شود، این جهان‌شمولی به وضوح ظاهر می‌شود.

کوسوکی در توضیح این نتایج او گفت: این نخستین بار است که نظریه مؤثر حرارتی در حوزه اطلاعات کوانتومی به کار گرفته می‌شود. نتایج این مطالعه مشخص می کند این روش می‌تواند فهمیدن ما از ساختار‌های درهم‌تنیدگی کوانتومی را عمیق‌تر کند.

قسمت عمده‌ای از نتایج دقیق درمورد درهم‌تنیدگی تا بحال از سیستم‌های یک‌بعدی (یک سپس فضا به همراه زمان) به دست آمده است. ورود به ابعاد بالاتر به علت اثرات شکل خمیدگی و مرز‌ها پیچیدگی بسیاری دارد. با این حال تعداد بسیاری از سیستم‌های کوانتومی از قانون مساحت پیروی می‌کنند؛ به این معنی که مقدار درهم‌تنیدگی زیاد تر با اندازه سطح مرز مقیاس می‌شود تا حجم کلی. یافته تازه جایگاه نظری این قانون را در شرایط کنترل‌شده تحکیم می‌کند و به روشن‌تر شدن قسمت‌های جهان‌شمول و مدل‌محور پشتیبانی می‌نماید.

چارچوب نظریه مؤثر حرارتی

در این پژوهش نظریه مؤثر حرارتی یک سامانه پیچیده کوانتومی را همچون یک سامانه گرمایی ساده‌تر مدل‌سازی می‌کند، اما پارامتر‌های انتخاب‌شده به طوری می باشند که ویژگی‌های مهم فیزیک را نگه داری می‌کنند. در بازه کوچک n، این پارامتر‌ها به حداقل افت یافته و فرمول‌های ساده و عمومی به دست می‌آید. محققان این چنین توانستند تعداد سطوح درهم‌تنیدگی بالاتر از یک اغاز اشکار را برآورد کنند؛ محاسبه‌ای که یادآور فرمول مشهور کاردی در نظریه میدان‌های همدیس دوبعدی است.

تفاوت سیستم‌های دوبعدی و ابعاد بالاتر

در سامانه‌های دوبعدی به علت تقارن‌های اختصاصی امکان دستیابی به جواب‌های دقیق برای همه مقادیر n وجود دارد. اما پژوهش تازه مشخص می کند این روش در ابعاد بالاتر کارایی شبیهی ندارد، چون تاثییر خمیدگی و تغییرات دمای مؤثر در نزدیکی مرز‌ها قابل چشم‌پوشی نیست. با این حال، جهان‌شمولی در حد کوچک n هم چنان پابرجا باقی می‌ماند.

پیوند با گرانش و فاز‌های ماده

این کنترل دقیق‌تر بر آنتروپی رنیی می‌تواند ابزار‌های عددی همانند شبکه‌های تانسوری و همانند‌سازی‌های مونت‌کارلو را در تحلیل سامانه‌های چندجسمی بهینه‌تر کند. این چنین پلی بین فیزیک کوانتومی و گرانش تشکیل می‌کند، چرا که آنتروپی‌های رنیی نقش فعالی در محاسبات هولوگرافیک دارند؛ جایی که انتروپی به سطح‌های هندسی خاص در فضا ـ زمان‌های با ابعاد بالاتر ترجمه می‌شود.

این نتایج حتی می‌تواند به ابداع روشهای تازه برای طبقه‌بندی فاز‌های ماده منجر شود چراکه داده‌های جهان‌شمول مرتبط با شکل و مرز، همچون تاثییر انگشت‌هایی برای سامانه‌های کوانتومی عمل می‌کنند.

این مطالعه در نشریه معتبر Physical Review Letters انتشار شده است.