 纠缠第二定律指出，封闭系统中的纠缠总量不能随时间增加。换句话说，纠缠是一种既不能被创造也不能被破坏的守恒资源。 第二定律的威力 热力学第二定律被广泛认为是最普遍真实的物理定律之一。它规定任何孤立系统的熵，一种物理无序的度量，永远不会随着时间的推移而减少。它将“时间之箭”添加到日常事件中，确定哪些过程是可逆的，哪些不是。它解释了为什么热炉子上的冰块总是会融化，以及为什么压缩气体总是会从容器中逸出，并且在打开阀门时永远不会返回大气。 只有熵和能量相等的状态才能从一种状态可逆地转换为另一种状态。这种可逆性条件导致了热力学过程的发现，例如（理想化的）卡诺循环，它通过在不同的温度和压力下循环封闭系统，对将热量转化为功或相反的方式的效率设定了上限. 我们对这一过程的理解支撑了西方工业革命期间经济的快速发展。 量子熵 热力学第二定律的美妙之处在于它适用于任何宏观系统，而不管微观细节。在量子系统中，这些细节之一可能是纠缠：一种使系统的分离组件共享属性的量子连接。有趣的是，量子纠缠与热力学有许多深刻的相似之处，尽管量子系统主要是在微观范围内研究的。科学家们发现了一种“纠缠熵”的概念，它精确地模仿了热力学熵的作用，至少对于与周围环境完全隔离的理想化量子系统而言是这样。 量子纠缠是未来量子计算机强大功能的关键资源。为了有效地利用它，我们需要学习如何操纵它。一个基本问题变成了纠缠是否总是可以被可逆地操纵，与卡诺循环直接类比。至关重要的是，这种可逆性至少在理论上需要保持，即使对于尚未与环境完全隔离的嘈杂（“混合”）量子系统也是如此。 据推测，可以建立一个“纠缠第二定律”，体现在一个单一的函数中，该函数将概括纠缠熵并管理所有纠缠操作协议。这个猜想出现在著名的量子信息论开放问题列表中。 没有纠缠第二定律 为了解决这个长期悬而未决的问题，阿姆斯特丹大学的Lami和东京大学的Bartosz Regula进行的研究表明，对纠缠的操纵从根本上说是不可逆转的建立纠缠第二定律的任何希望。这一新结果依赖于构建一个特定的量子态，这种量子态使用纯纠缠来创建非常“昂贵”。创建这种状态总是会导致一些纠缠的损失，因为投入的纠缠无法完全恢复。因此，本质上不可能将这种状态转换为另一种状态并再次返回。这种状态的存在以前是未知的。 因为这里使用的方法没有预先假定使用什么确切的转换协议，所以它排除了所有可能设置中纠缠的可逆性。它适用于所有协议，假设它们自己不会产生新的纠缠。 科学家可以得出结论，没有任何一个量，例如纠缠熵，可以告诉我们关于纠缠物理系统允许的转换的所有信息。因此，纠缠理论和热力学受制于根本不同且互不相容的几套定律。 这可能意味着描述量子纠缠并不像科学家所希望的那么简单。然而，与经典的热力学定律相比，纠缠理论的复杂性要大得多，而不是一个缺点，这可能使我们能够利用纠缠来实现在其他情况下完全不可想象的壮举。就目前而言，我们可以肯定的是，纠缠隐藏了一个更丰富、更复杂的结构，而且可以认为它是可信的。 |
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