Тепловой поток обычно всё выравнивает: горячее остывает, холодное нагревается, и в конце остаётся однородное теплое болото. Так и в квантовом мире: окружение, будь то кристаллическая решётка или газ фотонов, стремится разрушить хрупкую запутанность между частицами. Кубиты в квантовом компьютере изолируют, охлаждают до милликельвинов, экранируют от малейшего шума — всё ради того, чтобы уберечь их от диссипации. Но что, если в этой плотине теплового равновесия есть трещина? Трещина, через которую поток не выравнивает, а крутит турбину порядка.

Теоретики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе нашли такую трещину. Они рассмотрели два невзаимодействующих кубита, слабо связанных с тепловой средой. Обычно система и среда обмениваются сохраняющейся величиной — например, спином. Закон сохранения спина действует как железная стена: сколько спина ушло из системы, столько пришло в среду. Это ведёт к термализации: кубиты приходят в тепловое состояние Гиббса, где запутанности нет. Но если в гамильтониане связи есть не один, а два канала, меняющих спин на разное целое число, закон сохранения ломается. Среда начинает вести себя как несколько резервуаров с разными химическими потенциалами. В слабосвязанном пределе динамика описывается уравнением Линдблада, где локальная и нелокальная диссипации имеют разные эффективные температуры. Именно эта разница температур и стабилизирует запутанность.

Для иллюстрации выбрана конкретная реализация: два NV-центра в алмазе, связанные с двумерным инвертированным ферромагнетиком через анизотропное диполь-дипольное взаимодействие. Магнетик накачивается до инвертированного состояния со спиновым накоплением µ < −b, где b — зеемановское поле. Магноны — кванты спиновых волн — переносят корреляции между центрами на конечные расстояния. В такой системе запутанность сохраняется на расстояниях до r ≲ 2√(As/∆), где As — спиновая жёсткость, а поле b должно лежать в узком диапазоне ∆ ≤ b ≲ 1.1∆. Максимальная concurrence (мера запутанности от 0 до 1) достигается при r → 0, но тогда время сходимости к стационарному состоянию расходится: это проявление универсального компромисса между величиной запутанности и скоростью релаксации.

Работа смещает фокус с контроля над когерентностью на управление симметриями взаимодействия. Раньше считалось, что тепловая среда разрушает запутанность, и для её стабилизации нужны активная накачка или сложная инженерия резервуаров. Теперь показано: достаточно нарушить закон сохранения величины, которой обмениваются система и среда, и поддерживать в среде ненулевой химический потенциал — тогда запутанность становится стационарным состоянием. Это открывает путь к пассивной стабилизации запутанных состояний диссипацией, что может упростить создание запутанности для квантовых сенсоров и квантовой связи, особенно в твердотельных платформах типа NV-центров в алмазе.