Дослідники з Університету Кюсю зробили прорив у розумінні квантової заплутаності, виявивши, що цей фундаментальний феномен дотримується універсальних правил, незалежно від виміру простору-часу. Це відкриття, опубліковане 6 серпня 2025 року в журналі Physical Review Letters, проливає нове світло на природу зв'язку між частинками, який є основою для розвитку передових квантових технологій.
На відміну від класичної фізики, де віддалені об'єкти діють незалежно, квантова заплутаність дозволяє частинкам залишатися скорельованими, незалежно від відстані, що їх розділяє. Цей зв'язок є ключовим для створення квантових комп'ютерів та систем квантового зв'язку, які обіцяють революціонізувати обчислення та безпеку даних. Команда вчених застосувала теорію ефективних теплових полів, метод, що використовується у фізиці елементарних частинок, для аналізу ентропії Реньї у багатовимірних квантових системах. Їхній аналіз показав, що в певних режимах поведінка цієї ентропії, яка є мірою складності квантових станів, універсально визначається такими параметрами, як енергія Казимира. Це прояснює поведінку спектра заплутаності навіть у складних, високорозмірних сценаріях. Цей теоретичний прорив виходить за межі простих вимірів, підтверджуючи свою дію для довільних вимірів простору-часу.
Дослідники планують вдосконалити цю модель, щоб покращити числові симуляції для високорозмірних квантових систем та запропонувати нові методи класифікації квантових станів. Ці знахідки можуть сприяти глибшому розумінню квантової гравітації з точки зору квантової інформації. Застосування квантової заплутаності охоплюють квантову комунікацію, зокрема квантовий розподіл ключів (QKD), що забезпечує теоретично безпечний зв'язок. Вона також є критично важливим ресурсом для квантових обчислень, дозволяючи виконувати алгоритми, що перевершують класичні аналоги. Дослідження, проведене командою, яка включала вчених з Університету Кюсю, Токійського університету та Каліфорнійського технологічного інституту, демонструє, як застосування методів фізики елементарних частинок до теорії квантової інформації може розкрити універсальні характеристики заплутаності. Це відкриття, опубліковане як рекомендація редакторів у Physical Review Letters, є першим прикладом застосування теорії ефективних теплових полів до квантової інформації, що відкриває шлях до подальшого розвитку цієї галузі та потенційного застосування в моделюванні складних систем та розумінні фундаментальних аспектів Всесвіту.