1.媒体来源:
SciTechDaily
2.记者署名:
日本理化学研究所
3.完整新闻标题:
Solving Quantum Mysteries: Physicists Confirm Entropy Rule for Entanglement
4.完整新闻内文:
新研究建立了量子纠缠的可逆框架，使其与热力学原理保持一致，并为改进量子资源的操
纵和理解铺平了道路。
日本理化学研究所量子计算中心的Bartosz Regula和阿姆斯特丹大学的Ludovico Lami透过机率
计算证明了量子纠缠的“熵”规则的存在。 这项发现可以增强我们对量子纠缠的理解，
而量子纠缠是支撑未来量子电脑潜力的重要资源。 尽管几十年来量子纠缠一直是量子资
讯科学的研究热点，但有效利用其的最佳方法仍然很大程度上未知。
热力学第二定律指出，系统永远不可能进入较低“熵”或有序的状态，是最基本的自然定
律之一，也是物理学的核心。 它创造了“时间之箭”，并告诉我们一个值得注意的事实
：一般物理系统的动力学，即使是气体或黑洞等极其复杂的系统，也被一个单一的函数，
即“熵”所封装。
量子纠缠的挑战
然而，有一个复杂的情况。 众所周知，熵原理适用于所有经典系统，但今天我们越来越
多地探索量子世界。 我们现在正在经历一场量子革命，了解如何提取和转化昂贵而脆弱
的量子资源变得至关重要。 特别是，量子纠缠在通讯、计算和密码学方面具有显著优势
，这一点至关重要，但由于其极其复杂的结构，有效地操纵它甚至理解其基本属性通常比
热力学更具挑战性。
困难在于，这样的量子纠缠“第二定律”需要我们证明纠缠变换是 可逆的 ，就像热力学
中功和热可以互相转换一样。 众所周知，纠缠的可逆性比热力学变换的可逆性更难保证
，之前所有建立任何形式的可逆纠缠理论的尝试都失败了。 人们甚至怀疑纠缠实际上可
能是不可逆转的，使得这项任务成为不可能的任务。
纠缠可逆性的突破
发表在《自然通讯》上的新作品中 ，作者透过使用“机率”纠缠变换解决了这个长期
存在的猜想，这种变换只能保证在某些时候成功，但作为回报，它提供了更强的转换能力
。 在这样的过程下，作者表明确实有可能建立一个用于纠缠操纵的可逆框架，从而确定
一种设置，在该设置中出现独特的“纠缠熵”，并且所有纠缠变换都由单一量控制。 他
们使用的方法可以更广泛地应用，对于更通用的量子资源也显示出类似的可逆性特性。
Regula 表示：“我们的发现标志着在理解纠缠的基本性质方面取得了重大进展，揭示了
纠缠与热力学之间的基本联系，最重要的是，它大大简化了对纠缠转换过程的理解。 这
不仅在量子理论的基础上有直接的应用，而且还有助于理解我们在实践中有效操纵纠缠的
能力的最终限制。
展望未来，他继续说：“我们的工作是第一个证据，证明可逆性是纠缠理论中可以实现的
现象。 然而，人们已经猜想出了更强的可逆性形式，并且即使在比我们在工作中所做的
假设更弱的假设下，也有希望使纠缠变得可逆——特别是，不必依赖机率变换。 问题在
于，回答这些问题似乎更加困难，需要解决迄今为止所有解决这些问题的尝试所无法解决
的数学和信息论问题。 因此，了解可逆性保持的精确要求仍然是一个令人着迷的悬而
未决的问题。
参考文献：“透过机率协议实现量子资源的可逆性”，作者：Bartosz Regula 和
Ludovico Lami，2024 年 4 月 17 日， Nature Communications 。
DOI：10.1038/s41467-024-47243-2
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