دانشمندان کامپیوتر ثابت کردند که گرما درهم تنیدگی کوانتومی را از بین می برد

خلاصه خبر:

حدود یک قرن پیش شرودینگر مفهوم درهم تنیدگی کوانتومی را معرفی کرد که در آن ذرات هویت فردی خود را از دست می دهند تا حالت های جمعی را تشکیل دهند. محققان این را در سیستم‌های کوچک درک می‌کنند، اما سیستم‌های بزرگ‌تر پیچیده‌تر هستند، به خصوص که گرما درهم تنیدگی را مختل می‌کند. گروهی از دانشمندان کامپیوتر اخیراً ثابت کردند که در بالاتر از یک دمای خاص، درهم تنیدگی در سیستم‌های کوانتومی به طور کامل از بین می‌رود که به عنوان "مرگ ناگهانی" درهم تنیدگی شناخته می‌شود. این یافته که توسط یک اثبات ریاضی دقیق پشتیبانی می شود، اولین نمایش جامع این پدیده را نشان می دهد. این تحقیق نشان میدهد که دمایی که در آن درهم تنیدگی ناپدید میشود به برهمکنش های اتمی بستگی دارد، نه اندازه سیستم، و بینش جدیدی را در مورد محاسبات کوانتومی و کلاسیک ارائه می دهد.

توضیحات تکمیلی:

تقریبا یک قرن پیش، فیزیکدان اروین شرودینگر پدیده عجیب درهم تنیدگی کوانتومی را برجسته کرد، جایی که ذرات هویت فردی را از دست می دهند و حالت های جمعی را تشکیل می دهند. در حالی که محققان درهم تنیدگی در سیستم‌های کوچک را درک می‌کنند، رفتار کوانتومی دنیای واقعی در آرایه‌های اتمی بزرگ - که هم توسط فیزیک کوانتومی و هم ترمودینامیک کنترل می‌شود - پیچیده باقی می‌ماند. در دماهای پایین، درهم تنیدگی می تواند در بسیاری از اتم ها پخش شود و پدیده هایی مانند ابررسانایی را ایجاد کند، اما گرما این درهم تنیدگی شکننده را مختل می کند.

پیشرفت اخیر توسط چهار دانشمند کامپیوتر ثابت کرد که در سیستم های کوانتومی خاص، درهم تنیدگی به طور کامل بالاتر از یک دمای خاص ناپدید می شود. این "مرگ ناگهانی" درهم تنیدگی قبلاً تئوری شده بود، اما یافته جدید یک اثبات ریاضی دقیق ارائه می دهد. این تیم که در ابتدا الگوریتمی برای محاسبات کوانتومی توسعه می داد، به طور غیرمنتظره ای این را در حین بررسی تعادل حرارتی در سیستم های کوانتومی کشف کردند.

تحقیقات آنها نشان می‌دهد که دمایی که در آن درهم‌تنیدگی ناپدید می‌شود، مستقل از اندازه سیستم است و تنها به برهمکنش‌های اتمی بستگی دارد. در حالی که مطالعات قبلی به این پدیده اشاره می کردند، آنها به سیستم های کوچک یا شواهد غیر مستقیم محدود می شدند. اثبات جدید آستانه دمایی را که بالاتر از آن درهم تنیدگی نمی تواند وجود داشته باشد را به طور محکم تعیین می کند.

جالب توجه است که پیشینه این تیم در علم کامپیوتر و تئوری یادگیری، نه فیزیک، به آنها کمک کرد تا دیدگاه‌های تازه‌ای را ارائه کنند. الگوریتم آنها، در حالی که برای سیستم های کوانتومی طراحی شده است، بیشتر از محاسبات کلاسیک استفاده می کند و خطوط بین رویکردهای کوانتومی و کلاسیک را بیشتر محو می کند.

نتایج به دست آمده،  پژوهشگران را در محاسبات کوانتومی و فیزیک هیجان زده می کند، زیرا آنها به بینش های کشف نشده بیشتری در سیستم های کوانتومی اشاره می کنند. این کار نشان می‌دهد که پیشرفت‌ها می‌توانند به‌طور غیرمنتظره‌ای ایجاد شوند و راه را برای الگوریتم‌های جدید و اکتشافات ریاضی در زمینه محاسبات کوانتومی و فیزیک هموار کنند.

منبع

https://www.quantamagazine.org/computer-scientists-prove-that-heat-destroys-entanglement-20240828/