Nova študija pravi, da je kvantna prepletenost lahko reverzibilna

Vsi vemo, da v vesolju »stvari razpadejo« zaradi entropije, vendar je kvantna mehanika v zadnjih 100 – ali celo 10 – letih obrnila veliko tega, v kar smo verjeli, na glavo. Hkrati pa nima intuitivnega smisla, da bi kvantna prepletenost lahko trajala večno, ker se v našem vesolju nič ne zdi tako. V novih raziskavah znanstveniki kažejo, da je kvantna prepletenost vsaj nekoliko reverzibilna, tako da prepoznajo in definirajo različico entropije, ki velja za kvantno prepletenost. In naredili so, da je delovalo z uporabo verjetnosti.

Bartosz Regula iz Centra za kvantno računalništvo RIKEN in Ludovico Lami z Univerze v Amsterdamu sta sodelovala pri novih, strokovno pregledanih raziskavah, objavljenih v reviji Nature Communications. V svojem prispevku povzemajo eno od bolj kočljivih vprašanj kvantne mehanike: Ali je mogoče vse v kvantni prepletenosti smiselno obrniti in usmeriti »časovno puščico« v nasprotno smer? To bi pomenilo koncept ali sistem, ki nima entropije ali težnje po neredu. Namesto politega kozarca vode ali stisnjene tube zobne paste bi bil kvantni sistem bolj podoben lični gugalnici, ki jo lahko premaknete nazaj v začetni položaj.
Če imate dva klasična (ne kvantna) sistema z enako entropijo, pojasnjujejo znanstveniki, ju lahko neposredno primerjate s posebnimi vrstami izračunov. To je zato, ker je entropija sama "edinstvena mera vira". Mnogi ljudje morda mislijo na entropijo zgolj kot na koncept, toda za fizike je to tudi spremenljivka in ključni deskriptor, ki zgladi delovne enačbe, ki opisujejo naše vesolje. V tem primeru sta "dve primerljivi stanji enake entropije lahko vedno povezani z reverzibilno adiabatno transformacijo," pojasnjujejo - izmenjavo energije, ki jo je mogoče obrniti.

Ko so fiziki začeli opažati znake reverzibilnosti v kvantnih sistemih, so začeli razpravljati o tem, ali kvantna entropija obstaja ali ne. Čista, izračunljiva različica kvantne entropije bi postala ključna spremenljivka na enak način kot za klasične sisteme, kar bi znanstvenikom dalo oporo za primerjavo različnih stanj in sklepanje. Danes rastoče področje kvantnega računalništva nekoliko ovira to, kako težko je primerjati sisteme in izvajati preproste, posplošene meritve za govorjenje o teh sistemih. Regula in Lami sta zgradila matematični model, ki uporablja verjetnosti namesto čistih matematičnih gotovosti v obliki enačb, da bi raziskala ta vprašanja. In to ni le bolj mehka različica obstoječe enačbe temveč prava alternativa, ki ima enake cilje. Izdelava nekega koncepta entropije in predlog, kako jo izmeriti, je odličen začetek za poustvarjanje in nadaljnje raziskovanje drugih.

Verjetnosti so povsod okoli nas in v pop kulturi so pogosto sploščene navzgor ali navzdol na 100 % ali 0 %. V resnici je zelo malo stvari tako očitnih. V televizijskih oddajah strokovnjaki pretehtajo 10 možnih lokacij kaznivega dejanja, preverijo verjetnost, nato pa vse svoje vire pošljejo na eno mesto, ki se izkaže za pravo. Zaradi tega se lahko zdi manj impresivno, da lahko preiskovalci v resničnem življenju s skrbnim opazovanjem in verjetnostmi zmanjšajo število z 10 na 6 ali 7. Pravzaprav tam raziskovalci zaključijo svoj prispevek. »To morda ne bo dovolj za zagotovitev obstoja ponovljivega, reverzibilnega transformacijskega cikla v praksi. Kljub temu naše rezultate obravnavamo kot dokaz, da je reverzibilnost dejansko mogoče obnoviti tudi v determinističnem okolju,« pojasnjujejo. "Upamo, da bodo naši rezultati spodbudili nadaljnje raziskave v tej smeri, kar bo vodilo do končne rešitve odprtih vprašanj." Pri dolgotrajnem zasledovanju znanstvenih raziskovalnih ciljev imajo verjetnosti veliko vrednost. Celo dokumenti, ki opisujejo preizkušen in neuspešen nov model, so lahko resnično uporabni ali celo bistveni za odklepanje naslednjega koraka k razumevanju. Toda danes še posebej cvetijo verjetnosti, saj računalniška moč omogoča znanstvenikom, da opišejo in grafično prikažejo vedno več možnosti.