Дослідники довели універсальність законів квантового заплутування для всіх вимірів

Міжнародна команда науковців уперше застосувала термальну ефективну теорію до задач квантової інформації і довела, що структури квантового заплутування підкоряються універсальним законам у всіх просторово-часових вимірах. 

«Це перше дослідження, в якому термальну ефективну теорію використано в контексті квантової інформації. […] Ми сподіваємось, що цей підхід допоможе глибше зрозуміти структуру заплутування», — сказав доцент Юя Кусукі з Інституту передових досліджень Університету Кюсю.

У своїй роботі Кусукі разом із професором Хіросі Ооґурі (Каліфорнійський технологічний інститут, Kavli IPMU) і дослідником Сридіпом Палем показали, що універсальні риси заплутування зберігаються і в складних (вищих) вимірах, якщо застосувати до аналізу теоретичні інструменти з фізики частинок.

У центрі дослідження — термальна ефективна теорія, яка дозволяє описувати складні системи через кілька ключових параметрів. Одним із таких є ентропія Реньї, що вимірює складність квантових станів і структуру розподілу інформації.

Дослідники довели, що для малих значень так званого реплікованого числа (параметра в ентропії Реньї), поведінку ентропії можна описати універсальними параметрами, зокрема енергією Казимира — фундаментальною величиною теорії поля. На цій основі їм також вдалося описати спектр заплутування, тобто розподіл власних значень, що визначають глибину квантового зв’язку в системі.

Особливо важливо, що результати дослідження можна застосувати до будь-якої кількості вимірів, а не лише до простих (1+1)-вимірних моделей, що були стандартом у попередніх роботах.

Надалі команда планує розширити й уточнити теорію, адаптуючи її до широкого класу квантових систем. Це може мати не лише теоретичне значення, а й практичні наслідки: покращення симуляцій складних квантових систем, нові підходи до класифікації багаточастинкових станів і навіть внесок у розуміння квантової гравітації через призму інформаційної теорії.

Нагадаємо, команда дослідників з Університету Південної Каліфорнії (USC) запропонувала теоретичний підхід до створення універсальної квантової обчислювальної машини з використанням квазічастинок, які відкидали у традиційних уявленнях про топологічну обробку.