Onderzoekers van de Kyushu Universiteit hebben aangetoond dat kwantumverstrengeling, het complexe verband tussen deeltjes, universele regels volgt in alle dimensies. Deze ontdekking, gepubliceerd op 6 augustus 2025 in Physical Review Letters, verdiept ons begrip van dit fundamentele kwantumfenomeen. In tegenstelling tot de klassieke natuurkunde, waar verre objecten onafhankelijk opereren, stelt kwantumverstrengeling deeltjes in staat gecorreleerd te blijven, ongeacht hun scheiding. Deze relatie is essentieel voor de ontwikkeling van geavanceerde kwantumtechnologieën zoals kwantumcomputatie en kwantumcommunicatie.
De toepassing van thermische effectieve theorie, een raamwerk uit de deeltjesfysica, op kwantum-informatie theorie is een primeur. Het team analyseerde de Rényi-entropie in kwantumsystemen met hogere dimensies. Hun analyse onthulde dat in specifieke regimes het gedrag van deze entropie universeel wordt bepaald door parameters zoals Casimir-energie. Dit verheldert het gedrag van het verstrengelingsspectrum, zelfs in complexe, hoog-dimensionale scenario's. Deze theoretische doorbraak strekt zich uit voorbij eenvoudige dimensies en geldt voor willekeurige ruimtetijd-dimensies. De bevindingen van de Kyushu Universiteit, met medewerking van experts van het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe van de Universiteit van Tokio en Caltech, benadrukken de kracht van het toepassen van deeltjesfysica-technieken op kwantum-informatie. De thermische effectieve theorie, die universeel gedrag uit complexe systemen destilleert, heeft aangetoond dat de Rényi-entropie, een maat voor de complexiteit van kwantumtoestanden, wordt beheerst door een beperkt aantal parameters, waaronder de Casimir-energie. Dit is cruciaal voor het classificeren van kwantumtoestanden en het beoordelen van de haalbaarheid van het simuleren van kwantum-veeldeeltjessystemen. Deze ontdekking heeft verreikende implicaties en kan de weg vrijmaken voor aanzienlijke vooruitgang in de kwantum-informatie theorie en bijdragen aan een kwantum-informatie-theoretisch begrip van kwantumzwaartekracht. De onderzoekers zijn van plan dit raamwerk te verfijnen om numerieke simulaties voor hoog-dimensionale kwantumsystemen te verbeteren en nieuwe methoden voor het classificeren van kwantumtoestanden voor te stellen.