Физики из Франции и Японии рассчитали энтропию запутывания релятивистских протонов, рассеявшихся друг на друге. Оказалось, что энтропия примерно равна одному. Чтобы получить этот результат, ученым пришлось рассмотреть три способа регуляризации энтропии запутывания и показать, что все они дают примерно одинаковый результат.

Статья опубликована в Physical Review D и находится в открытом доступе.

Квантовая запутанность — это один из «самых квантовых» эффектов, какие только можно придумать. В общем случае, квантовая запутанность возникает, когда волновые функции двух квантовых систем нельзя «расцепить» на две независимые волновые функции.

Поэтому коллапс волновой функции одной системы неизбежно приводит к коллапсу волновой функции составной системы. Чтобы понять основную идею запутанности, достаточно рассмотреть гипотетический распад частицы с нулевым спином на две частицы (меньшей массы) с полуцелым спином. Поскольку в ходе распада полный угловой момент сохраняется, спины частиц должны смотреть в противоположные стороны. Следовательно, если мы проводим измерение и видим, что спин первой частицы направлен вверх, то спин второй частицы обязательно будет направлен вниз. Если же волновые функции двух частиц друг с другом не связаны, мы такую корреляцию не обнаружим.

Для количественного измерения запутанности двух систем физики используют энтропию запутывания. Грубо говоря, чем сильнее запутаны между собой частицы, тем больше их энтропия запутывания; в частности, для двух независимых систем энтропия запутывания попросту равна нулю. Благодаря своей простоте и очевидному физическому смыслу энтропия запутывания используется не только в квантовой механике, но и для описания более сложных процессов.

В частности, можно спросить: запутаются ли между собой две релятивистские частицы, которые рассеялись друг на друге и снова разлетелись на бесконечность? Вообще говоря, из-за сложности процессов, которые сопровождают такое рассеяние, ответ на этот вопрос может быть далеко не очевидным.