突破性电池让物理学家逆转量子纠缠——并改写量子定律

量子纠缠作为量子力学的核心特征，在过去90年间经历了从理论悖论到基础资源的认知转变。当微观粒子发生纠缠时，即使相隔遥远距离，对其中一个粒子的量子属性测量会立即影响其纠缠伙伴的状态。这种非定域性关联现已成为量子信息理论的基石，支撑着量子隐形传态、量子密码术，并在量子计算和精密测量等领域展现出独特优势。

研究者发现量子纠缠与热力学存在深刻联系，特别是纠缠熵与热力学熵的类比：前者表征理想量子系统的信息分布，后者描述宏观系统的无序程度。然而类似于热力学第二定律的可逆性框架始终未能建立——即系统在状态转换后能否无损恢复初始状态。团队负责人Alexander Streltsov指出："这本质上是探索量子信息领域的'第二定律'"。

传统LOCC（局域操作与经典通信）框架下的纠缠操作具有固有不可逆性，限制了资源的高效利用。研究团队通过引入纠缠电池概念打破这一局限：这种辅助系统类似于热力学中的能量存储器，允许在执行操作时暂时存储/释放纠缠资源，但遵循"电池纠缠度不降低"的核心原则。实验证明，在这种增强型LOCC操作下，混合态纠缠转换可实现完美可逆。

这项突破的意义超越纠缠理论本身：

1. 构建了统一的可逆性框架，未来可扩展至量子相干性、自由能等资源的系统化研究
2. 为多体纠缠网络（如GHZ态）的分布式操控提供新范式，支持量子传感网络和分布式量子计算
3. 通过资源电池概念，将热力学方法论引入量子资源理论，建立了跨学科研究桥梁

值得关注的是，该理论框架在量子纠错和拓扑量子计算等领域展现出潜在应用价值。如在量子网络环境下，通过纠缠电池辅助的多节点协议可提升量子密钥分发效率46%，远超传统双体纠缠方案。这种理论突破与工程应用的协同演进，正在重塑我们对量子系统基本极限的认知边界。