其中 S(f)=−Rdxf(x)lnf(x) 是微分熵。如今,许多熵不确定性关系已得到证明和研究,例如用 Shannon 熵表示的具有离散谱可观测量的 Maassen-Uffink 熵不确定性关系[11-14],用互信息表示的信息排斥原理[15-17],Rényi 熵[13,18],Wehrl 熵[19,20],在存在(量子)记忆的情况下用条件熵表示的不确定性[14,21-24],以量化能量和时间之间的不确定性[25],或在更一般的互补算子代数设置中[26-28]。此外,离散变量和连续变量两种不同情况已在 [29, 30] 中统一。在本文中,我们将熵不确定性的概念扩展到标量量子场论,我们的动机有三方面。首先,信息论的观点已导致对量子场论的许多见解,最突出的是在纠缠[31-33]、热化[34-36]和黑洞物理[37-39]的背景下。由于不确定性原理是每个自然界量子理论的核心,因此严格的量子场的熵公式对于更深入地理解量子场论至关重要。其次,不确定性关系对于见证纠缠起着重要作用,特别是对于连续变量量子系统。除了 Simon [40] 和 Duan 等人提出的著名的二阶不可分离性标准之外。 [41] ,存在基于熵不确定关系的更强的熵标准 [42–44] 。此外,熵不确定关系可用于制定转向不等式 [45,46] ,或者通过包括(量子)记忆 [24] ,可以推导出纠缠度量的界限 [47] 。有关熵标准的实验应用,请参见 [45,47] 。
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在计算成像中,对象的定量物理特性是根据缩写范围的光学测量值估算的。导致散射的复杂光 - 物质相互作用受麦克斯韦方程的控制,或者在某些假设下,标量helmholtz方程式从与波长相比的物体中删除光弹性散射[1]。为了简化建模光学散射和估计对象性能的过程,已经进行了许多关于近似于标量Helmholtz方程的解决方案的研究。最原始的是投影近似,其中假定散射的场维持入射波前,例如平面或球形波,而attenua则和相位延迟会累积与穿过对象的射线的光路长度成比例的。当入射波前是平面或球形时,该假设会导致ra换变换公式,并且是计算机断层扫描的基础。当涉及到具有不可忽略的折射的相对较薄的对象时,所谓的单个散射近似(包括第一个出生和rytov方法)提供了更合适的描述[2]。随着对象变得密集且高度散射,正如预期的那样,即使是单个散射方法也开始失败,并且需要计算多个散射的模型。代表性的方法是Lippmann-Schinginger方程(LSE)[3-5],多切片方法[6-9]和梁传播方法(BPM)[10-13]和BORN SERIST [14,15]。多层和梁传播方法非常紧密地相关,重要的区别是前者是由求解的schrödinger方程激励的,而后者则是用于Helmholtz方程。可以从标量Helmholtz方程开始制定多个散射模型,但它们依赖于差异
摘要 最近证明了非相对论量子公式可以从扩展的最小作用量原理 Yang (2023)。在本文中,我们将该原理应用于大质量标量场,并推导出标量场的波函数薛定谔方程。该原理通过考虑两个假设扩展了经典场论中的最小作用量原理。首先,普朗克常数定义了场需要表现出可观测的最小作用量。其次,存在恒定的随机场涨落。引入一种新方法来定义信息度量来衡量由于场涨落而产生的额外可观测信息,然后通过第一个假设将其转换为额外作用量。应用变分原理来最小化总作用量使我们能够优雅地推导出场涨落的跃迁概率、不确定关系和波函数的薛定谔方程。此外,通过使用相对熵的一般定义来定义场涨落的信息度量,我们得到了依赖于相对熵阶数的波函数广义薛定谔方程。我们的结果表明,扩展的最小作用原理既可用于推导非相对论量子力学,也可用于推导相对论量子标量场理论。我们期望它可以进一步用于推导非标量场的量子理论。
例如本文研究的量子相变,我们的格模型必须包含大量的位点 L ≫ 1,因此该张量积的因子数量也是 L 。量子计算机为解决这些大型 Fock 空间提供了一种令人鼓舞的方法,因为它们本质上是以量子力学的方式运行的。事实上,目前人们正在大力努力在量子硬件上模拟相对论量子场论。一类特别重要的问题是规范场论的模拟,因为它们在描述基本粒子物理学中起着至关重要的作用。这些理论包含玻色子自由度,因此必须解决相应的无限局部希尔伯特空间。在[1-5]中可以找到一些针对此类问题的理论算法建议,在[6-9]中进行了实际的硬件实现。不幸的是,我们目前可用的设备不仅受到量子比特数量的限制,更重要的是受到量子计算机固有的高噪声水平的限制。虽然利用量子纠错 (QEC) [ 10 – 12 ] 的容错量子计算机将来可能会被证明是可靠的,但目前还无法在近期的量子设备(称为噪声中尺度量子 (NISQ) 硬件)上实现 QEC。根据我们当前的现实,有必要找出能够让我们从现有技术中提取有用信息的技术。例如,可以应用不同形式的“错误缓解”技术来对抗噪声。这些技术目前正在研究中,已经设计出几种方法来解决量子计算机中一些最常见的重大错误源,包括读出(RO)误差[13-16],也称为测量误差,以及由两量子比特门(如受控非(CNOT)门)引起的退相干[17-19]。更直接的解决方案是实现混合量子-经典算法,从而将量子方面降低到适当平衡其优缺点的水平。另一方面,我们将看到存在这样一种情况,其中哈密顿量的基态是可分解的,用于计算量子相变的经典和量子算法都受益于由此产生的简化。经典地,希尔伯特空间的张量积不再是问题,因为这个问题可以在本地解决。在量子方面,纠缠门的数量以及相关耦合的范围都大大减少。这使得量子电路实际上可以在当今的硬件上实现,即使对于较大的晶格尺寸 L 也是如此。在玻色子场论的情况下,还必须考虑无限局部希尔伯特。虽然我们在调用基于量子比特的架构时总是可以截断这个希尔伯特空间,该架构根据离散变量 (DV) 量子计算运行,用玻色子本身来模拟这些玻色子模式可能更自然。这是在连续变量 (CV) 量子计算中实现的。除了能够访问整个希尔伯特空间外,CV 量子计算机还可以利用更耐退相干的光学元件和状态,并可以使用现有技术有效操纵 [20]。与目前的量子比特设备(如超导芯片或离子阱量子计算机)不同,这种设备未来也可以在室温下通过实验实现 [21]。然而,通用量子计算所需的非高斯门的实现目前尚无定论。
已经投入了很大的努力来研究量子化学方面的概率[1-4],冷凝物理学[5-7],宇宙学[8-10],以及高能和核物理学[11-16],具有数字量子计算机和模拟量子模拟器[17-22]。一个主要的动机是加深我们对密切相关的多体系统(例如结合状态频谱)的基础特性传统特征的传统特征的理解。另一个是在散射问题中推进最新技术的状态,该问题提供了有关此类复杂系统的动态信息。在这项工作中,我们的重点将放在相对论量子领域理论中用于高能散射和多颗粒产生的量子算法的问题。我们的工作是在量子铬动力学(QCD)中提取有关Hadron和Nuclei的性能的动态信息的有前途但遥远的目标。Examples of scattering problems in QCD where quantum information science can accelerate our present computational capabilities are low-energy scattering in nuclear many-body systems [ 23 , 24 ], the thermalization process in ultrarelativistic ion-ion collisions [ 25 ], studies of the structure of nuclear matter probed in deeply inelastic scattering (DIS) of elec- trons off protons and nuclei [ 26 – 33 ], and the fragmentation of