Кто сказал, что квантовый хаос нельзя отменить? Физики нашли лазейку

Второй закон термодинамики — один из фундаментальных постулатов физики, объясняющий, почему замкнутые системы со временем переходят к более хаотичному состоянию. Он был сформулирован ещё в XIX веке французским учёным Сади Карно и с тех пор стал основой нашего понимания процессов, происходящих в макромире.

Однако квантовая механика, описывающая поведение мельчайших частиц, долго оставалась за пределами подобных универсальных закономерностей. Одним из её ключевых и одновременно самых загадочных явлений остаётся квантовая запутанность — тесная взаимосвязь между частицами, сохраняющаяся независимо от расстояния между ними.

Суть эффекта в том, что измеряя свойства одного объекта, можно мгновенно узнать параметры другого, даже если их разделяют миллионы километров. Именно благодаря такому странному свойству сегодня развиваются направления вроде квантовой телепортации , современной криптографии и инновационных вычислительных систем .

Несмотря на успехи практического применения, теоретические аспекты запутанности долго оставались не до конца изученными. Учёные давно замечают, что в поведении квантовых систем прослеживаются аналогии с законами классической термодинамики, например, с понятием энтропии, отражающим степень неопределённости или хаоса в системе.

Однако, опять же, до последнего времени не существовало строгого аналога второго закона термодинамики, описывающего, как изменяется запутанность при различных операциях. Особенно сложно было понять, возможна ли обратимость процессов, связанных с преобразованием квантовых состояний.

В научных описаниях квантовых процессов часто фигурируют условные персонажи — Алиса и Боб. Такой приём помогает наглядно пояснить, как взаимодействуют удалённые участники запутанных конструкций. Считается, что каждый из них может управлять только своей частью общей структуры, а для передачи информации они используют классические каналы связи — например, интернет или телефон. При этом возможности влиять на взаимосвязь между частицами напрямую у них нет. В подобных условиях любые преобразования считаются необратимыми — вернуть исходное состояние без потерь долгое время представлялось невозможным.

Прорывом стало новое исследование, опубликованное 2 июля 2025 года. Учёные предложили идею так называемой батареи запутанности. Несмотря на название, речь идёт не о физическом приборе, а о математической модели — дополнительном квантовом ресурсе, который можно представить как условный «резервуар» связей между частицами. Он позволяет компенсировать потери, которые обычно возникают при преобразованиях запутанных состояний.

Принцип работы батареи напоминает привычные энергетические источники: она временно «одалживает» необходимый запас квантовых связей, позволяя выполнять сложные операции с частицами. После завершения всех преобразований, при соблюдении определённых условий, систему можно вернуть к начальному виду без необратимых потерь.

Более того, команда доказала, что метод применим не только к запутанности. Концепция может быть адаптирована для сохранения других ценных ресурсов квантовой физики — например, когерентности или энергетических характеристик. Это открывает путь к созданию универсальной теоретической модели для различных типов квантовых процессов.

В перспективе такие разработки могут существенно повлиять на построение масштабных квантовых сетей, объединяющих множество взаимосвязанных частиц. Кроме того, углублённое понимание обратимости процессов ляжет в основу новых стандартов квантовой связи и поможет повысить эффективность вычислительных систем , а также улучшить точность фундаментальных измерений.

Таким образом, спустя десятилетия исследований, наука приблизилась к формированию собственных, строгих законов для квантового мира — аналогичных тем, что уже давно описывают поведение привычных нам физических объектов.