Przełamywanie wymiarowych barier
Dotychczasowe prace nad splątaniem kwantowym koncentrowały się przede wszystkim na układach (1+1)-wymiarowych. To znacząco zawężało perspektywę, ponieważ można porównać tego typu próby do chęci opisania trójwymiarowego świata poprzez badanie wyłącznie płaskich powierzchni. Zespół, w skład którego weszli Yuya Kusuki, Hirosi Ooguri oraz Sridip Pal wykorzystał termiczną teorię efektywną, czyli narzędzie matematyczne wyławiające uniwersalne wzorce z chaosu złożonych systemów. Ta metoda po raz pierwszy pozwoliła opisać fenomen splątania niezależnie od liczby wymiarów. Kluczową rolę odegrała tu tzw. entropia Rényi, będąca miarą złożoności stanów kwantowych i dystrybucji informacji. Jak wykazali autorzy najnowszych ustaleń w tej sprawie, rzeczona entropia podlega uniwersalnym prawom sterowanym przez parametry takie jak energia Casimira. To odkrycie stanowi sedno całej pracy.
Czytaj też: Niewidzialne cząstki mają większe znaczenie niż sądzono. Odkrycie z Wiednia wywraca fizykę do góry nogami
Najistotniejszy wniosek? W określonych warunkach entropia Rényi zachowuje się według uniwersalnych zasad, niezależnie od tego, czy badamy naszą trójwymiarową rzeczywistość, czy teoretyczne konstrukcje o większej liczbie wymiarów. Splątanie kwantowe, określane przez Einsteina mianem upiornego działania na odległość, wydaje się podlegać ponadwymiarowym regułom. Naukowcy nie ograniczyli się do teorii. Przeanalizowali również widmo splątania w obszarach o dużych wartościach własnych oraz zbadali, jak uniwersalne wzorce reagują na różne sposoby obliczania entropii Rényi. To daje solidne podstawy pod dalsze działania.
Co to znaczy dla przyszłych technologii?
Splątanie kwantowe to podstawa rozwijających się technologii, od komputerów kwantowych po kryptografię. Nowe zrozumienie jego uniwersalnej natury może przyspieszyć prace w trzech obszarach. Po pierwsze, dokładniejsze symulacje powinny otworzyć drzwi do tworzenia lepszych modeli numerycznych dla złożonych układów wielowymiarowych. Z kolei innowacyjna klasyfikacja przełoży się na nowe metody katalogowania stanów kwantowych w układach wielu ciał, podczas gdy pogłębienie wiedzy o grawitacji zaowocuje zwiększeniem szans na połączenie mechaniki kwantowej z ogólną teorią względności.
Czytaj też: Trzy kilogramy germanu wystarczyły do zrewolucjonizowania fizyki. Neutrina nie mają już tajemnic
Szczególnie intrygujący jest ostatni punkt, zwłaszcza że entropia Rényi odgrywa istotną rolę w badaniach paradoksu informacji w czarnych dziurach. Naukowcy planują już dalsze udoskonalanie swojej struktury badawczej. Jeśli ich metoda się sprawdzi, otworzy zupełnie nowy rozdział w poznawaniu kwantowych fundamentów rzeczywistości. A przecież samo poznawanie sekretów splątania kwantowego jest wyjątkowo intrygujące. To dziwne zjawisko sprawia, że dwie cząstki mogą stać się od siebie zależne i reagować na wzajemne zachowania bez względu na to, jaka odległość je dzieli.