已知两个质量之间的牛顿相互作用的直接量化可以建立纠缠,如果检测到纠缠,将见证引力场的量子性质。引力相互作用也与依赖经典通道的引力退相干模型兼容,因此无法产生纠缠。在这里,我们在典型案例中表明,尽管没有纠缠,引力的经典通道模型仍然可以以两个质量之间的量子不和谐形式建立量子关联。这在 Kafri-Taylor-Milburn (KTM) 模型和最近提出的该模型的耗散扩展中得到了证明。在这两种情况下,从不相关状态开始,通常会产生大量不和谐。这最终在 KTM 模型中衰减,而在其耗散扩展中收敛到一个小的固定值。我们还发现,对质量状态的初始局部压缩可以显著增强产生的不和谐。
我们讨论了在二维 (2D) 大 N c 规范理论中,在光前沿量化狄拉克夸克,快自由度和慢自由度之间的量子纠缠。利用 ' t Hooft 波函数,我们为动量分数 x 空间中的某个间隔构建了约化密度矩阵,并根据结构函数计算其冯诺依曼熵,该结构函数由介子(一般为强子)上的深非弹性散射测量。我们发现熵受面积定律的约束,具有对数发散,与介子的速度成正比。纠缠熵随速度的演化由累积单重态部分子分布函数 (PDF) 确定,并从上方以 Kolmogorov-Sinai 熵 1 为界。在低 x 时,纠缠表现出渐近展开,类似于 Regge 极限中的前向介子-介子散射振幅。部分子 x 中每单位快速度的纠缠熵的演化测量了介子单重态 PDF。沿单个介子 Regge 轨迹重合的纠缠熵呈弦状。我们认为,将其扩展到多介子状态可模拟大型 2D“原子核”上的深度非弹性散射。结果是纠缠熵随快速度的变化率很大,这与当前最大量子信息流的 Bekenstein-Bremermann 边界相匹配。这种机制可能是当前重离子对撞机中报告的大量熵沉积和快速热化的起源,并且可能扩展到未来的电子离子对撞机。
我们研究了 Lindblad 主方程形式中具有相位耗散的量子 Ising 链中的纠缠动力学。我们考虑了两种保留状态高斯形式的解构,使我们能够处理大型系统。第一个解构产生了量子态扩散动力学,而第二个解构描述了一种特定形式的量子跳跃演化,适合构建以保留高斯性。在第一种情况下,我们发现了从面积律到对数律纠缠缩放的交叉,并绘制了相关的相图。在第二种情况下,我们只发现了对数律缩放,并指出了同一 Lindblad 方程的不同解构的不同纠缠行为。最后,我们将这些结果与非厄米汉密尔顿演化的预测进行比较,发现了相互矛盾的结果。
量子计算的优势。15 在大量纠缠簇态下,利用光子进行通用量子计算是可能的。16–18 集成量子光子学为基础量子物理研究和深度量子应用的实现提供了一个紧凑、可靠、可重新编程和可扩展的平台。19 利用成熟的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制造工艺,集成光子量子技术自 2008 年在硅波导电路上的受控非逻辑门中首次演示以来取得了重大进展。20 这包括先进材料系统的开发、20–32 主要量子通信协议的实现、28、32、33 以及量子计算和量子模拟算法的原理验证演示。34–36 我们推荐参考文献 19 和 37 中有关这些主题的其他评论。在本综述中,我们总结了在集成硅光子量子芯片上产生、操纵和测量纠缠光子态的实验进展。在第二部分中,我们介绍了片上量子态在单光子不同自由度 (DoF) 中的表示。在第三部分中,我们介绍了集成参量光子对源(非纠缠光子对)。然后,在第 4 部分中,我们将重点介绍各种类型的光子纠缠态,包括纠缠双光子态和多光子纠缠态
假设您有 n + 1 个量子比特。我们将写 | ⃗x ⟩ 来表示由二进制数字 x 给出的 n 量子比特经典状态。例如,如果 n = 2,则 ⃗ 0 E = | 00 ⟩ ,⃗ 3 E = | 11 ⟩ 等。假设量子比特处于这种状态:
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纠缠是量子信息处理的基本资源,因为它是隐形传态[1]、超密集编码[2]和量子密钥分发[3]等关键协议的推动力。因此,理解纠缠作为一种资源并对其进行量化一直是一个长期的挑战[4],[5],这个主题被称为纠缠理论(有关该主题的综述和最新结果,请参阅[6]–[9])。纠缠理论中两个基本的操作量是可蒸馏纠缠和二分态ρ AB 的纠缠成本[5],[10]。与这些量相对应的物理场景是,Alice 和 Bob 在遥远的实验室中,第三方将ρ AB 的系统A分发给Alice,将ρ AB 的系统B分发给Bob,并且允许他们对该状态执行本地操作和经典通信(LOCC)。可蒸馏纠缠定义为通过纠缠蒸馏协议从大量 n 个 ρ AB 副本中提取 ebit(贝尔态)的最大速率,即免费使用 LOCC,使得实际输出状态与理想状态 ρ ⊗ n AB 的保真度在极限 n → ∞ 时趋近于 1。纠缠成本定义为通过纠缠稀释协议生成大量 n 个 ρ AB 副本所需的 ebit 的最小速率,即免费使用 LOCC,使得实际输出与理想状态 ρ ⊗ n AB 的保真度在极限 n → ∞ 时趋近于 1。可蒸馏纠缠和纠缠成本通常都极难计算,甚至有人怀疑这些量在图灵意义上是不可计算的 [11]。人们早就知道,可蒸馏的纠缠不会超过纠缠成本 [5],[12]。这个不等式可以解释为“纠缠动力学第二定律”,阻止了永久纠缠的存在
量子系统可以具有非古典相关性,这些相关已成为量子物理学的内在部分[1]。尤其是纠缠一直是一项密集研究的主题[2,3]。通常,如果不能将其作为产品状态的凸组组合写成,则多粒子系统会纠缠。对于许多应用程序,两分量子状态被认为是关键资源[4,5]。在光子的情况下,可以在各种自由度之间检测到纠缠,例如极化,空间或时间。极化输入的光子已在量子信息方案中实现,例如量子密钥分布(QKD)[6],超密集编码[7],量子触发[8],量子计算[9],量子干涉光学量表[10]等有很多方法可以产生极化的光子对,例如自发参数下调[11]或自发的四波混合[12]。量子状态断层扫描(QST)是量子信息理论发展的固有的。任何协议都需要特征良好的量子状态。在许多应用中,在许多应用中,确定物理系统准确数学表示的能力起着核心作用[13 - 16]。尤其是,由于涉及单个光子的实验的巨大潜力,光子断层扫描引起了很多关注[17]。因此,在目前的工作中,我们
物理学的哲学基础中最困难的两个问题是:(1)时间之箭的由来以及 (2)量子力学的本体论是什么。第一个问题令人费解,因为物理学的基本动力学定律并不包括时间之箭。第二个问题令人费解,因为量子力学波函数描述的是一种不可分离的现实,它与我们日常经验中的对象有显著不同。在本文中,我们提出了一个统一的“休谟式”解决方案来处理这两个问题。休谟主义允许我们将过去假说和统计公设纳入最佳系统,然后用它来简化宇宙的量子态。这使我们能够以一种不会给最佳系统增加显著复杂性的方式赋予量子态法理地位,并解决了过去假说原始版本面临的“超自然类问题”。我们将这一策略称为休谟统一。它将时间不对称和量子纠缠的起源结合在一起。根据这一理论,时间之箭的产生也是自然界中不可分离现象的原因。结果是一个更加统一的理论,具有可分离的马赛克,最佳系统简单且不模糊,量子力学和狭义相对论之间的矛盾更少,理论和动态统一性更强。然后,我们将我们的建议与文献中仅关注两个问题之一的建议进行比较。我们的分析进一步表明,为了更深入地了解科学哲学中的问题,即使不是休谟主义者,探索休谟主义的全部资源也会大有裨益。
材料推动技术发展,例如微电子和纳米技术中的硅基半导体。这些材料虽然本质上是量子的,但它们的宏观特性并不表现出量子世界最引人注目的方面之一:纠缠。因此,半导体中的电子可以在单电子水平上建模。然而,一种新的范式——量子材料——正在出现,在量子计算领域具有潜在的应用潜力。在这些系统中,电子是纠缠的,单电子图像不再是材料特性的准确描述。相反,需要多体、N 电子处理。当前的 QIS 捕获并利用单个原子或离子作为量子比特,即经典比特的量子模拟。由于实验的不完善,需要许多离子才能累积起来代表一个可用的“逻辑”量子比特。捕获这些离子具有挑战性,因此系统既庞大又昂贵。世界上最先进的系统由 IBM 创建,仅捕获 53 个离子。量子材料的一种可能应用是利用物质深处的 N 电子纠缠作为 QIS 应用的资源。材料中的每个纠缠电子都充当量子比特,从而实现更大规模的 QIS。在 Mourigal 实验室博士后 Zhiling Dun 的帮助下,该项目的目标是合成和表征电子自旋可能纠缠的磁性材料。