Физики проверили достоверность одного из законов квантовой теории информации

ТАСС, 24 апреля. Европейские и американские физики использовали квантовый симулятор, аналоговый квантовый компьютер, для проверки достоверности одного из законов квантовой теории информации, который описывает уровень энтропии в сложно устроенной квантовой системе. Об этом в понедельник сообщила пресс-служба Нью-Йоркского университета (NYU).

"В рамках этого эксперимента нам удалось полностью реконструировать то, как ведет себя квантовая жидкость. Ее поведение полностью соответствует результатам расчетов на базе одномерной версии квантовой теории поля, которая описывает поведение всех фундаментальных частиц во Вселенной", - заявил доцент NYU Дрис Селс, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Сегодня существуют два подхода к разработке подобных устройств - классический и адиабатический. В первом случае ученые пытаются создать универсальный квантовый компьютер, похожий по принципам работы на обычные цифровые вычислительные машины. Адиабатический компьютер, или так называемый квантовый отжигатель или симулятор, гораздо проще создать, но он ближе по принципам своей работы к аналоговым компьютерам начала XX века, имеющим массу ограничений в работе.

Селс и его коллеги создали квантовый симулятор на базе холодных атомов, который впервые позволил ученым максимально точно проверить один из законов квантовой теории информации, специализированного раздела физики, который описывает то, как обмениваются информацией различные частицы микромира. Понимание этого важно не только для создания различных квантовых вычислительных устройств, но и раскрытия внутреннего устройства черных дыр и определения судьбы падающей в них материи.

Экспериментальная проверка квантовой теории информации

Как объясняют физики, ключевую роль в работе теории квантовой информации играет понятие энтропии, уровень неупорядоченности системы. Уровень энтропии напрямую отражает то, как связаны друг с другом квантовые объекты и как много информации друг о друге они содержат. Сейчас многие исследователи считают, что энтропией в квантовых системах управляет так называемый закон площадей, аналог которого присутствует в теории черных дыр, однако до настоящего времени это предположение оставалось лишь гипотезой.

Американские и европейские физики проверили эту гипотезу на практике при помощи квантового симулятора. Ученые использовали эту вычислительную машину для создания одномерного аналога "квантовой жидкости", набора из множества квантово запутанных частиц. Его роль играло облако из множества холодных атомов рубидия-87, которое впоследствии было разделено на две обособленных, но при этом взаимодействующих части.

Исследователи проследили за тем, как меняется уровень энтропии при делении облака атомов и при отключении лазеров, которые удерживали обе половины "квантовой жидкости" после ее разделения внутри специальной оптической ловушки. Результаты этих замеров физики сравнили с тем, что предсказывает общепринятая гипотеза природы энтропии информации в квантовом мире, а также конкурирующие с ней теории.

Оказалось, что поведение "квантовой жидкости" внутри квантового симулятора Селса и его коллег полностью соответствовало прогнозам квантовой теории поля и квантовой теории информации, построенной на базе закона площадей. Это подтверждает его справедливость и позволяет использовать идею в дальнейших экспериментальных и теоретических исследованиях, подытожили ученые.