Informatycy rozwiązali przez przypadek zagadkę zaniku splątania kwantowego

Prawie sto lat temu Erwin Schrödinger zwrócił uwagę na fascynujące zjawisko kwantowe zwane splątaniem. Ma ono miejsce wtedy, kiedy cząstki wchodzą w interakcje i, aby określić stan jednej z cząstek, należy znać stan drugiej z nich. Dodatkowo mogą one pozostawać powiązane nawet w bardzo dalekiej odległości od siebie, co wykorzystywane jest w tzw. teleportacji kwantowej polegającej na natychmiastowym przesyle informacji o stanie kwantowym na duże odległości.

Naukowcy od lat starają się zrozumieć zasadę stojącą za wpływem temperatury na splątanie kwantowe. Wiadomo, że niskie temperatury sprzyjają splątaniu na dużą skalę, prowadząc do zjawisk takich jak nadprzewodnictwo. Wzrost temperatury sprawia natomiast, że atomy zaczynają drgać, co stopniowo osłabia splątanie.

Najnowsze badania wykazały, że splątanie nie tylko słabnie wraz ze wzrostem temperatury, ale wręcz całkowicie zanika powyżej pewnego progu. Granica ta została potwierdzona matematycznie przez zespół czterech badaczy, którzy nawet nie są fizykami, a informatykami i na dowód natknęli się czystym przypadkiem — podczas prac nad algorytmem komputerowym. Jak wyjaśnia Ankur Moitra z MIT - "nie jest to znikomy efekt, gdyż powyżej pewnej temperatury splątanie wynosi dokładnie zero".

Nowe badania potwierdzają tzw. nagłą śmierć splątania, pojęcie stworzone przez badaczy już wcześniej, jednak do tej pory znane tylko z pośrednich obserwacji. Tym razem dowód został przedstawiony w sposób matematyczny i znacznie bardziej przekonujący.

Znalezienie tej granicy temperatury ma ogromne znaczenie dla przyszłych badań, szczególnie w kontekście rozwoju komputerów kwantowych, które wykorzystują m.in. zjawiska splątania i superpozycji do wykonywania obliczeń często znacznie szybciej niż tradycyjne komputery.

Z powodu wrażliwości systemów kwantowych na temperaturę badacze trudnią się analizą tzw. systemów spinowych, czyli odzwierciedleń zachowania zbiorów atomów w danej temperaturze. Robi się to po to, aby ocenić, czy dany problem będzie łatwiejszy do rozwiązania przez algorytm kwantowy, czy klasyczny, gdyż uogólniając — algorytmy klasyczne lepiej niż kwantowe radzą sobie przy wysokich temperaturach.

Badania na ten temat wciąż jednak trwają i na ten moment nie potrafimy dokładnie ocenić, kiedy algorytmy kwantowe dają przewagę nad klasycznymi, gdyż wiele aspektów w tej dziedzinie nadal pozostaje nieznanych.

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!

***

Co myślisz o pracy redakcji Geekweeka? Oceń nas! Twoje zdanie ma dla nas znaczenie.