估计多体量子系统的整体特性(例如熵或二分纠缠)是一项极其困难的任务,通常需要大量测量或经典后处理资源,而这些资源会随着系统规模的扩大而呈指数增长。在这项工作中,我们解决了通过部分转置 (PT) 矩估计全局熵和混合态纠缠的问题,并表明在假设所有空间相关长度都是有限的条件下,存在有效的估计策略。专注于一维系统,我们在系统密度矩阵上确定了一组近似分解条件 (AFC),这些条件使我们能够根据局部子系统的信息重建熵和 PT 矩。这产生了一种简单有效的熵和纠缠估计策略。我们的方法可以以不同的方式实现,具体取决于如何提取有关局部子系统的信息。我们专注于随机测量 (RM),提供一种实用且常见的测量方案,证明我们的协议只需要多项式多次测量和后处理操作,假设要测量的状态满足 AFC。我们证明 AFC 适用于有限深度量子电路状态和平移不变矩阵积密度算子,并提供数值证据证明它们在更一般、物理上有趣的情况下得到满足,包括局部汉密尔顿量的热状态。我们认为,我们的方法可以实际用于检测当今量子平台中可用的大量量子比特的二分混合态纠缠。
纠缠是量子力学的定义特征之一,也是许多量子信息协议的基本资源 [1]。许多理论和实验研究都致力于研究一对二能级系统(量子比特)的纠缠。高维(量子比特)系统的二分纠缠研究较少。然而,从根本上讲,更好地理解纠缠量子比特可以澄清量子物理的一些微妙之处。例如,与量子比特相比,量子比特被证明可以增强非经典效应,因为它们允许更强的局部现实主义违反 [2, 3]。此外,从更务实的角度来看,高维量子态比简单量子比特具有更高的信息容量,并允许量子密钥分发协议容忍更高的噪声阈值 [4]。在光子系统中,(纠缠)量子比特被编码在高维(最终是无限维)希尔伯特空间的有限维子空间中。这可以通过使用空间模式(例如轨道角动量 [5, 6, 7])或离散化连续自由度(例如频率 [8, 9] 或时间 [10, 11])来实现。此外,这种最初有限维的状态可以在其动态演化过程中扩展到整个希尔伯特空间。例如,当光子轨道角动量携带状态 [12] 通过自由空间 [13, 14, 15, 16] 或光纤 [17] 传输时,就是这种情况。然而,输出状态通常被投射到
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量子纠缠是量子力学中最引人入胜的现象之一,其中两个或多个“粒子”保持互连,使得一个“粒子”状态的变化立即影响另一个状态,无论它们之间的距离如何。这种现象挑战了当地和因果关系的经典观念。从无限量子场理论的角度来看,量子纠缠可以解释为该领域统一的自动骚扰的自然结果,在该范围内,所有“粒子”都是统一,不可分割的现实的体现。
量子纠缠是量子力学中最迷人的现象之一,其中两个或多个“粒子”保持相互连接,因此一个“粒子”状态的变化会立即影响另一个“粒子”的状态,无论它们之间的距离如何。这种现象挑战了经典的局部性和因果关系概念。从无限量子场理论的角度来看,量子纠缠可以解释为场协调自刺激的自然结果,其中所有“粒子”都是场统一、不可分割的现实的表现。
主要结合状态在拓扑超导体中出现,作为表现出空间非局部性的零能边缘状态。尽管取得了巨大进展,但对主要界面状态的检测仍然具有挑战性,主要是因为拓扑琐碎的安德里弗(Andreev)结合状态会产生相似的签名。在这项工作中,我们考虑了一个拓扑超导体,该拓扑超导体与量子点结合并研究其量子相关性的动态,目的是探索其纠缠特性。特别是,我们通过使用并发和不和谐来表征纠缠,这也与纠缠动态和返回概率相辅相成。我们发现,Majoragan在真正的零能量处的约束状态可以将最初的纠缠系统转变为其经典状态,而它们可以在有限的能量重叠的情况下创建最大的纠缠状态。有趣的是,我们表明该系统可以通过简单地控制Majorana非局部性来生成MBS和量子点之间最大纠缠的状态。我们证明,当初始状态是最大纠缠或可分离的情况下,尽管在后者中,但在长期动态中实现了最大纠缠的状态。此外,我们将我们的发现与常规费米(Fermion)产生的发现形成对比,并获得非常不同的纠缠签名。我们的工作提供了一种表征Majorana Bound State的替代方法,这也可以用于其用于量子信息任务的利用。
主要结合状态在拓扑超导体中出现,作为表现出空间非局部性的零能边缘状态。尽管取得了巨大进展,但对主要界面状态的检测仍然具有挑战性,主要是因为拓扑琐碎的安德里弗(Andreev)结合状态会产生相似的签名。在这项工作中,我们考虑了一个拓扑超导体,该拓扑超导体与量子点结合并研究其量子相关性的动态,目的是探索其纠缠特性。特别是,我们通过使用并发和不和谐来表征纠缠,这也与纠缠动态和返回概率相辅相成。我们发现,Majoragan在真正的零能量处的约束状态可以将最初的纠缠系统转变为其经典状态,而它们可以在有限的能量重叠的情况下创建最大的纠缠状态。有趣的是,我们表明该系统可以通过简单地控制Majorana非局部性来生成MBS和量子点之间最大纠缠的状态。我们证明,当初始状态是最大纠缠或可分离的情况下,尽管在后者中,但在长期动态中实现了最大纠缠的状态。此外,我们将我们的发现与常规费米(Fermion)产生的发现形成对比,并获得非常不同的纠缠签名。我们的工作提供了一种表征Majorana Bound State的替代方法,这也可以用于其用于量子信息任务的利用。
我们探讨了任意共享物理资源的加密功能。最通用的资源是在每个协议执行时访问新鲜的纠缠量子状态。我们将其称为常见的参考量子状态(CRQ)模型,类似于众所周知的常见参考字符串(CRS)。CRQS模型是CRS模型的自然概括,但似乎更强大:在两党设置中,CRQ有时可以通过在许多相互无偏置的基础之一中测量最大纠缠的状态来表现出与随机甲骨文相关的特性。我们将此概念形式化为一个弱的一次性随机Oracle(Wotro),在该n –bit输入条件时,我们只要求M-Pit Outputs具有一定的随机性。我们表明,当n -m∈Ω(lg n)时,CRQS模型中WOTRO的任何协议都可以受到(低效率)对手的攻击。此外,我们的对手是有效的模拟,它排除了通过将完全黑盒减少到加密游戏假设来证明方案的计算安全性的可能性。另一方面,我们为哈希函数引入了一个非游戏量子假设,该假设暗示了CRQ $模型中的WoTro(CRQ仅由EPR对组成)。我们首先构建一个统计安全的WOTRO协议,其中m = n,然后哈希输出。WoTro的不可能带来以下后果。首先,我们显示了量子菲亚特 - 沙米尔变换的完全黑色盒子,这扩大了Bitansky等人的不可能结果。(TCC 2013)到CRQS模型。第二,我们显示了Quantum Lightning版本(Zhandry,Eurocrypt 2019)的完全黑色盒子的不可能结果,其中量子螺栓具有附加参数,而没有生成新的螺栓就无法更改。我们的结果还适用于普通模型中的2个 - 摩塞格协议。
量子纠缠不仅对于理解厄米多体系统起着至关重要的作用,而且对于非厄米量子系统的研究也具有重要的意义。在本文中,我们利用双正交基中的微扰理论,解析地研究了非厄米自旋梯的纠缠哈密顿量和纠缠能谱。具体来说,我们研究了耦合的非厄米量子自旋链之间的纠缠特性。在强耦合极限(J rung ≫ 1)下,一阶微扰理论表明,纠缠哈密顿量与具有重整化耦合强度的单链哈密顿量非常相似,从而可以定义一个临时温度。我们的研究结果为非厄米系统中的量子纠缠提供了新的见解,并为开发研究非厄米量子多体系统中有限温度特性的新方法奠定了基础。
检测和认证材料中的纠缠和量子关联具有根本性和深远的意义,并且最近取得了重大进展。它既影响对量子多体现象基础科学的理解,也影响对适用于新技术的系统的识别。在量子信息理论的背景下,已经开发出适用于凝聚态物质的框架,将测量与纠缠和相干性联系起来。它们以纠缠见证和量子关联测量的形式出现。全面回顾了这些量的基础理论、它们与凝聚态实验技术的关系以及它们在真实材料中的应用。此外,还介绍了它们在协议等中的用途、见证和测量的相对优缺点,以及在关联电子、纠缠动力学和纠缠光谱探针等方面的未来前景。通过提供从基础到应用的易于理解和实用的处理,考虑到这项新兴研究的跨学科性质和正在进行的重大进展。特别强调了可通过集体测量获得的量,包括通过磁化率和光谱技术。这包括磁化率见证、单纠缠、并发和双纠缠、双点量子不和谐以及量子相干性测量(如量子 Fisher 信息)。