Квантовый предел скорости: физики вычислили минимальное время «перемешивания» информации во Вселенной
Группа физиков-теоретиков из США под руководством Амита Викрама (Amit Vikram) из Мэрилендского университета обнаружила фундаментальное ограничение скорости, с которой квантовая информация может распространяться внутри крупных систем.
Исследование, опубликованное в престижном научном журнале Physical Review Letters, впервые математически доказывает, что минимальное время этого процесса неразрывно связано с энтропией и температурой системы. Это открытие не только проясняет работу квантовых компьютеров будущего, но и дает новые инструменты для понимания природы чёрных дыр и квантового хаоса.
В основе работы лежит концепция «скремблинга» (перемешивания) — процесса, при котором информация, изначально содержащаяся в одной частице, «размывается» по всей системе. Ещё в 2008 году физики Ясухиро Секино и Леонард Сасскинд предположили, что существует минимальный порог времени для такого обмена данными. Гипотеза родилась из изучения чёрных дыр: согласно Стивену Хокингу, они обладают температурой и энтропией, а значит, ведут себя как колоссальные хранилища квантовых битов (кубитов). Учёные десятилетиями пытались найти точную формулу этого «скоростного лимита», но до сих пор предсказания оставались лишь приблизительными догадками.
Иллюстрация: Nano BananaДля решения задачи Амит Викрам и Виктор Галицкий обратились к одному из столпов квантовой теории — принципу неопределённости «энергия-время». Он гласит, что любому квантовому состоянию требуется строго определённое минимальное время для изменения, которое диктуется его энергетическими уровнями. Объединив этот принцип с методами математического анализа, учёные вывели универсальную формулу.
Выяснилось, что предел скорости скремблинга существует в абсолютно любой квантовой системе, независимо от того, взаимодействуют ли частицы парами или целыми группами, что ранее считалось невозможным.
Практическое значение этого открытия выходит далеко за рамки чистой теории. Понимание жёстких временных рамок, в которых информация «оседает» в системе, важно для проектирования стабильных квантовых процессоров и систем квантовой телепортации. Кроме того, работа помогает объяснить, как в макроскопическом мире возникает тепловое поведение из хаотичных квантовых взаимодействий.
Теперь физики могут математически точно рассчитать момент, когда любая система — от кубитов в лаборатории до излучающей чёрной дыры — достигает фундаментального предела своей информационной пропускной способности.
© iXBT
