In een baanbrekende studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature heeft een team van wetenschappers van de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen het bestaan ​​van een entropie van kwantumverstrengeling aangetoond. Deze ontdekking daagt het traditionele begrip van entropie als maatstaf voor wanorde uit en heeft diepgaande implicaties voor de fundamenten van de kwantummechanica en de kwantuminformatietheorie.

Entropie, een fundamenteel concept in de natuurkunde, meet de hoeveelheid wanorde of willekeur in een systeem. Hoe hoger de entropie, hoe wanordelijker het systeem. In de klassieke natuurkunde wordt entropie geassocieerd met het aantal mogelijke arrangementen of microtoestanden van een systeem, en neemt toe met het aantal vrijheidsgraden. In het kwantumrijk krijgt entropie echter een diepgaander en ongrijpbaarder karakter.

Een van de belangrijkste kenmerken van de kwantummechanica is verstrengeling, een fenomeen waarbij deeltjes zo nauw met elkaar verbonden raken dat hun toestand niet onafhankelijk kan worden beschreven. Verstrengeling leidt tot een niet-klassiek type correlatie dat de klassieke notie van lokaliteit tart. De studie van verstrengeling is centraal geworden in de kwantuminformatietheorie en heeft implicaties voor kwantumcomputing, cryptografie en andere opkomende technologieën.

In hun onderzoek ontwikkelden de onderzoekers een raamwerk voor het kwantificeren van de entropie van kwantumverstrengeling. Ze dachten aan een systeem van twee qubits, de basiseenheid van kwantuminformatie, die op verschillende manieren met elkaar verweven kunnen zijn. Door gebruik te maken van een wiskundige techniek die bekend staat als kwantumtoestandstomografie, konden ze de kwantumtoestand van de verstrengelde qubits reconstrueren en hun verstrengelingsentropie berekenen.

Uit de resultaten van het experiment bleek dat de verstrengelingsentropie toeneemt met de mate van verstrengeling tussen de qubits. Dit betekent dat hoe meer verstrengeld de qubits zijn, hoe hoger de entropie van het systeem. Dit gedrag is in tegenspraak met het klassieke begrip entropie, dat doorgaans afneemt naarmate een systeem meer geordend wordt.

De ontdekking van een entropie van kwantumverstrengeling daagt het traditionele begrip van entropie uit en opent nieuwe wegen voor onderzoek naar kwantumfundamenten en kwantuminformatietheorie. Het onderstreept ook de diepgaande en contra-intuïtieve aard van de kwantummechanica, waarbij concepten als entropie nieuwe en onverwachte betekenissen krijgen.