作者jackliao1990 (j)
標題[新聞] 解開量子之謎：物理學家證實了糾纏熵規則
時間2024-07-24 09:40:10
1.媒體來源:
SciTechDaily
2.記者署名:
日本理化學研究所
3.完整新聞標題:
Solving Quantum Mysteries: Physicists Confirm Entropy Rule for Entanglement
4.完整新聞內文:
新研究建立了量子糾纏的可逆框架，使其與熱力學原理保持一致，並為改進量子資源的操
縱和理解鋪平了道路。
日本理化學研究所量子計算中心的Bartosz Regula和阿姆斯特丹大學的Ludovico Lami透過機率
計算證明了量子糾纏的「熵」規則的存在。 這項發現可以增強我們對量子糾纏的理解，
而量子糾纏是支撐未來量子電腦潛力的重要資源。 儘管幾十年來量子糾纏一直是量子資
訊科學的研究熱點，但有效利用其的最佳方法仍然很大程度上未知。
熱力學第二定律指出，系統永遠不可能進入較低「熵」或有序的狀態，是最基本的自然定
律之一，也是物理學的核心。 它創造了“時間之箭”，並告訴我們一個值得注意的事實
：一般物理系統的動力學，即使是氣體或黑洞等極其複雜的系統，也被一個單一的函數，
即“熵”所封裝。
量子糾纏的挑戰
然而，有一個複雜的情況。 眾所周知，熵原理適用於所有經典系統，但今天我們越來越
多地探索量子世界。 我們現在正在經歷一場量子革命，了解如何提取和轉化昂貴而脆弱
的量子資源變得至關重要。 特別是，量子糾纏在通訊、計算和密碼學方面具有顯著優勢
，這一點至關重要，但由於其極其複雜的結構，有效地操縱它甚至理解其基本屬性通常比
熱力學更具挑戰性。
困難在於，這樣的量子糾纏「第二定律」需要我們證明糾纏變換是 可逆的 ，就像熱力學
中功和熱可以互相轉換一樣。 眾所周知，糾纏的可逆性比熱力學變換的可逆性更難保證
，之前所有建立任何形式的可逆糾纏理論的嘗試都失敗了。 人們甚至懷疑糾纏實際上可
能是不可逆轉的，使得這項任務成為不可能的任務。
糾纏可逆性的突破
發表在《自然通訊》上的新作品中 ，作者透過使用「機率」糾纏變換解決了這個長期
存在的猜想，這種變換只能保證在某些時候成功，但作為回報，它提供了更強的轉換能力
。 在這樣的過程下，作者表明確實有可能建立一個用於糾纏操縱的可逆框架，從而確定
一種設置，在該設置中出現獨特的“糾纏熵”，並且所有糾纏變換都由單一量控制。 他
們使用的方法可以更廣泛地應用，對於更通用的量子資源也顯示出類似的可逆性特性。
Regula 表示：「我們的發現標誌著在理解糾纏的基本性質方面取得了重大進展，揭示了
糾纏與熱力學之間的基本聯繫，最重要的是，它大大簡化了對糾纏轉換過程的理解。 這
不僅在量子理論的基礎上有直接的應用，而且還有助於理解我們在實踐中有效操縱糾纏的
能力的最終限制。
展望未來，他繼續說：「我們的工作是第一個證據，證明可逆性是糾纏理論中可以實現的
現象。 然而，人們已經猜想出了更強的可逆性形式，並且即使在比我們在工作中所做的
假設更弱的假設下，也有希望使糾纏變得可逆——特別是，不必依賴機率變換。 問題在
於，回答這些問題似乎更加困難，需要解決迄今為止所有解決這些問題的嘗試所無法解決
的數學和資訊理論問題。 因此，了解可逆性保持的精確要求仍然是一個令人著迷的懸而
未決的問題。
參考文獻：“透過機率協議實現量子資源的可逆性”，作者：Bartosz Regula 和
Ludovico Lami，2024 年 4 月 17 日， Nature Communications 。
DOI：10.1038/s41467-024-47243-2
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-47243-2
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