به گزارش آناژورنال به نقل از earth، درهم‌تنیدگی کوانتومی یکی از پایه‌های اصلی رایانش کوانتومی، ارتباطات امن و اصلاح خطای کوانتومی است، اما فرمول‌بندی دقیق و جهانی آن در ابعاد بالاتر همواره چالش‌برانگیز بوده است.
تمرکز بر آنتروپی رنیی
تیم پژوهشی به سرپرستی یویا کوسوکی از مؤسسه مطالعات پیشرفته دانشگاه کیوشو با همکاری هیروسی اوگوری از مؤسسه کاولی دانشگاه توکیو و سریدیپ پال از کلتک نشان داده‌اند که آنتروپی رنیی (Rényi entropy) در شرایط خاص شکل جهان‌شمولی به خود می‌گیرد.
به‌ویژه زمانی که عدد تکرار n کوچک باشد و مرز ناحیه مورد بررسی کروی فرض شود.
کوسوکی توضیح داد: «این نخستین بار است که نظریه مؤثر حرارتی در حوزه اطلاعات کوانتومی به کار گرفته می‌شود و نتایج آن می‌تواند فهم ما از ساختارهای درهم‌تنیدگی کوانتومی را عمیق‌تر کند.»
ورود به ابعاد بالاتر
پیش‌تر نتایج دقیق عمدتاً از سیستم‌های یک‌بعدی به دست آمده بود.
ورود به ابعاد بالاتر به دلیل اثرات خمیدگی و پیچیدگی مرزها دشوار است.
با این حال، بسیاری از سیستم‌های کوانتومی از قانون مساحت پیروی می‌کنند، یعنی میزان درهم‌تنیدگی بیشتر با اندازه سطح مرز مقیاس می‌شود تا حجم کل. یافته تازه جایگاه نظری این قانون را تقویت می‌کند.
چارچوب نظریه مؤثر حرارتی
در این روش، یک سامانه پیچیده کوانتومی به‌گونه‌ای مدل‌سازی می‌شود که ویژگی‌های اصلی فیزیک حفظ شود و در بازه کوچک n، فرمول‌های ساده و عمومی به دست می‌آید.
پژوهشگران توانستند تعداد سطوح درهم‌تنیدگی بالاتر از یک آستانه را برآورد کنند، مشابه فرمول کارِدی در نظریه میدان‌های همدیس دوبعدی.
تفاوت سیستم‌های دوبعدی و ابعاد بالاتر
در سامانه‌های دوبعدی، به دلیل تقارن‌های ویژه امکان پاسخ‌های دقیق برای همه مقادیر n وجود دارد، اما در ابعاد بالاتر اثر خمیدگی و تغییرات دمای مؤثر در نزدیکی مرزها قابل چشم‌پوشی نیست.
با این حال، جهان‌شمولی در حد کوچک n پابرجا باقی می‌ماند.
پیوند با گرانش و فازهای ماده
این کنترل دقیق‌تر بر آنتروپی رنیی ابزارهای عددی مانند شبکه‌های تانسوری و شبیه‌سازی‌های مونت‌کارلو را بهینه‌تر می‌کند و پلی میان فیزیک کوانتومی و گرانش ایجاد می‌کند.
همچنین می‌تواند در طبقه‌بندی فازهای ماده مورد استفاده قرار گیرد، زیرا داده‌های جهان‌شمول مرتبط با شکل و مرز، همچون اثر انگشت برای سامانه‌های کوانتومی عمل می‌کنند.
این مطالعه در نشریه معتبر Physical Review Letters منتشر شده است.
سوالات متداول
درهم‌تنیدگی کوانتومی چیست؟
درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیده‌ای است که دو یا چند ذره کوانتومی به گونه‌ای به هم مرتبط می‌شوند که وضعیت یکی بلافاصله روی دیگری تأثیر می‌گذارد، حتی اگر فاصله زیادی بین آنها باشد.
یافته جدید چه اهمیتی دارد؟
پژوهش تازه نشان می‌دهد درهم‌تنیدگی صرف‌نظر از تعداد ابعاد فضازمان از الگوی جهان‌شمولی پیروی می‌کند، که می‌تواند در درک ساختارهای بنیادین اطلاعات کوانتومی و طراحی سامانه‌های کوانتومی کاربرد داشته باشد.
آنتروپی رنیی چیست و چرا مهم است؟
آنتروپی رنیی (Rényi entropy) معیاری برای اندازه‌گیری میزان درهم‌تنیدگی کوانتومی است و در این مطالعه نشان داده شده که در شرایط خاص شکل جهان‌شمولی به خود می‌گیرد.
نظریه مؤثر حرارتی چه نقشی دارد؟
این نظریه سامانه پیچیده کوانتومی را مانند یک سامانه گرمایی ساده‌تر مدل‌سازی می‌کند تا محاسبات دقیق‌تر و ساده‌تر انجام شود و ویژگی‌های اصلی فیزیک حفظ شود.
این یافته چه کاربردهایی دارد؟
- بهینه‌سازی شبیه‌سازی‌های عددی مانند شبکه‌های تانسوری و مونت‌کارلو
- ایجاد پل میان فیزیک کوانتومی و گرانش
- کمک به طبقه‌بندی فازهای ماده و طراحی سامانه‌های کوانتومی
