Физики из Университета имени Лейбница в Ганновере представили теоретическое доказательство существования универсального квантового хищения в критических фермионных цепях — уникального феномена, при котором из системы можно извлечь квантовую запутанность без какого-либо воздействия на её исходное состояние. Это явление, ранее считавшееся невозможным для реализации в физических системах, было обнаружено как естественное свойство в одномерных квантовых моделях при фазовом переходе.
Исходя из концепции катализатора в квантовой теории информации, универсальное хищение подразумевает, что ресурсная система — достаточно сильно запутанная — позволяет произвести изменение в другой системе, не изменяясь сама. В новой работе ученые доказали, что такое поведение характерно для критических фермионных моделей, где структура возбуждений и плотность состояний достигают предельной сложности.
В основе исследования лежал анализ так называемого термодинамического предела — случая, когда система считается бесконечно большой. В этом пределе левую и правую полуцепи можно рассматривать как независимые подсистемы. Анализ показал, что они удовлетворяют критериям универсальных хищников, что ранее предполагалось только в релятивистских квантовых теориях.
Впервые также удалось продемонстрировать, что явление сохраняется и в конечных системах с большим числом частиц, а не является теоретической абстракцией, проявляющейся исключительно в идеализированных условиях. Ученые использовали модель критической фермионной цепи и проанализировали энергетические зоны, в которых возбуждения проходят через уровень Ферми — ключевой маркер критичности.
Принципиально важным достижением стало построение явных протоколов хищения с использованием гауссовых операций. Эти операции проще реализовать экспериментально, что приближает теоретическую идею к практической реализации, особенно в квантовой оптике и сверхпроводящих схемах.
В будущем ученые планируют проверить устойчивость хищения в условиях беспорядка и взаимодействий, выйти за пределы двухстороннего взаимодействия и определить, возможно ли «многостороннее» хищение — когда в обмене запутанностью участвует больше двух подсистем. Это может заложить основу для новых классов квантовых симуляторов и моделей распределенных вычислений.
Работа не только расширяет границы фундаментального понимания квантовой запутанности, но и указывает на существование в природе систем, обладающих сильной ресурсной мощностью для будущих квантовых технологий — от телепортации и криптографии до новых архитектур квантовых компьютеров.
А затем «Добавить на главный экран».