Un año después prácticamente descartando la posibilidadUn par de físicos teóricos de Japón y los Países Bajos han descubierto que el entrelazamiento cuántico tiene algo fundamentalmente en común con la física que impulsa las máquinas de vapor, seca los calcetines e incluso puede mantener la flecha del tiempo apuntando en una dirección.

Esta propiedad universal, si realmente existe como se sugiere, gobernaría todas las transformaciones entre sistemas entrelazados y brindaría a los físicos una manera de medir y comparar el entrelazamiento más allá de contar qubits, y conocer sus límites para manipular pares entrelazados.

El entrelazamiento cuántico, la tendencia de la borrosidad cuántica de diferentes objetos a fusionarse matemáticamente, es una parte fundamental del Computación cuántica junto con la superposición. Cuando partículas, átomos o moléculas están entrelazados, saber algo sobre uno de ellos nos dice algo sobre el otro.

En su búsqueda por hacer realidad estos sueños computacionales, los físicos se han preocupado principalmente por cómo poner dos partículas en un estado entrelazado y no perturbarlas, de modo que no se desintegren y puedan transmitir información de manera confiable a través de grandes distancias.

Sin embargo, se ha pensado menos en si las partículas entrelazadas pueden transformarse de un estado cuántico a otro, cuán difícil sería eso, cuántas disposiciones posibles hay y si, en última instancia, el proceso de entrelazamiento es reversible.

En termodinámica, la reversibilidad describe procesos ideales que pueden deshacerse de una manera que deja al sistema (y al Universo) efectivamente sin cambios. Por ejemplo, convertir el agua en vapor con calor puede impulsar un pistón, mientras que un pistón que empuja el vapor puede devolverlo a un estado líquido calentado.

Si los estados entrelazados también se pueden deshacer, incluso en teoría, esto podría significar otras similitudes con termodinámica podría apuntar a una verdad más profunda en la mecánica cuántica.

«Nuestro trabajo sirve como la primera evidencia de que la reversibilidad es un fenómeno alcanzable en la teoría del entrelazamiento». dice el físico cuántico Bartosz Regula, del Centro RIKEN de Computación Cuántica de Japón, quien se asoció con Ludovico Lami, de la Universidad de Ámsterdam, en el estudio.

«Esto no sólo tiene aplicaciones inmediatas y directas a los fundamentos de la teoría cuántica, sino que también nos ayudará a comprender las limitaciones fundamentales de nuestra capacidad para manipular eficientemente el entrelazamiento en la práctica», dijo Regula. él añade.

Los procesos reversibles no pueden ocurrir en la realidad, gracias a la segunda ley de la termodinámica. Resumido en un concepto conocido como entropíadetermina que es poco probable que cualquier estado nuevo en un sistema cerrado tenga la energía necesaria para revertirse por completo después de un cambio.

¿Quieres invertir este pistón? Necesitará extraer energía de otro lugar. Dado que el Universo es un sistema cerrado y no puede obtener energía de ningún otro lugar, su entropía aumentará para siempre.

Dada la fuerte relación entre entropía y reversibilidad en termodinámica, identificar un paralelo en el entrelazamiento podría tener profundas implicaciones para comprender las transformaciones cuánticas.

Para establecer una “entropía” del entrelazamiento, Regula y Lami tuvieron que demostrar que las transformaciones de entrelazamiento pueden, de hecho, ser reversibles, del mismo modo que el trabajo y el calor se pueden convertir en termodinámica.

La sugerencia de que existe algún tipo de “entropía” de entrelazamiento es un repentino cambio de actitud por parte de Regula y Lami, quienes el año pasado publicaron un estudiar en Física de la naturaleza que afirmaba que «después de todo, no existía una segunda ley de manipulación del entrelazamiento».

El par concluyó que dado que el entrelazamiento de partículas siempre resultaría en alguna pérdida de ese entrelazamiento, que nunca podría recuperarse por completo, sería imposible transformar un estado o característica cuántica en otro y viceversa.

«Podemos concluir que ninguna cantidad, como la entropía de entrelazamiento, puede decirnos todo lo que hay que saber sobre las transformaciones permitidas de los sistemas físicos entrelazados». Lami dijo en ese momento.

Pero estos descubrimientos no los detuvieron. En cambio, ellos Pensé que era sugerido que una teoría unificada del entrelazamiento, si existiera, era mucho más compleja que las leyes clásicas de la termodinámica. Así que continuaron haciendo cálculos.

Su última oferta, que utiliza transformaciones de entrelazamiento probabilístico, que sólo funcionan durante un tiempo pero proporciona más potencia, muestra que una estructura reversible para el entrelazamiento puede ser posible.

Pero Regula admite que demostrar cómo pueden funcionar en la práctica las transformaciones de partículas entrelazadas, y no sólo mostrar que son estadísticamente posibles, implica abordar problemas matemáticos «que han eludido todos los intentos de resolverlos hasta ahora».

Es más, el trabajo de la pareja se aleja de intentos anteriores de caracterizar ciertas transformaciones cuánticas, porque sólo considera transformaciones que podrían lograrse con cierta probabilidad, por pequeña que esas probabilidades puedan ser. Como resultado, estas probabilidades pueden no ser suficientes para demostrar en la práctica la existencia de transformaciones repetibles y reversibles de estados entrelazados.

«Por lo tanto, comprender los requisitos precisos para mantener la reversibilidad sigue siendo un fascinante problema abierto», Regula dice.

El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza.