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测量 量子态的观察（或测量）是指通过特殊仪器量化微观物体的一定量的过程。这种测量可以看作是宏观世界对微观世界的一种侵入：因此，它不可避免地扰乱了物质的量子态，导致状态坍缩为经典状态，这是我们人类在宏观世界中唯一能够识别的状态类别。
![arXiv:2003.01645v1 [gr-qc] 2020 年 3 月 3 日](/simg/g:\will\search\icon\source\7\7770281558b645fea05b99b14d9e39eba3b25de5.webp)
arXiv:2003.01645v1 [gr-qc] 2020 年 3 月 3 日
无论坍缩物体的质量、电荷和角动量是多少，坍缩的最终状态仅由物体的质量、电荷和角动量来表征。由于黑洞会向渐近观察者隐藏经典信息，所以这仍然是可以接受的。然而，它在半经典背景下的影响却令人担忧，并引起了所谓的信息丢失悖论。[4] 首次研究了经典黑洞背景中量子场的散射。结果表明，在 I − 处制备的初始真空状态将在黑洞几何中演化为未来零无穷大 I + 处的热状态。因此，存在非幺正演化和信息丢失。我们可以在坍缩过程的背景下想象这一点，该过程提供经典背景和在 I − 处在真空中制备的量子态。 I + 处的外态是热态，这假设意味着黑洞正在发射热辐射，这会导致其质量、角动量等减少，并最终导致其完全蒸发。因此，作为坍缩和随后蒸发的最终状态，人们在 I + 处发现黑洞奇点和热辐射。有关坍缩物质的信息丢失了。无毛发猜想在这里的作用是，热态仅由稳态黑洞的非平凡毛发来表征。因此，一种可能的解决办法可能是如 [ 5 ] 中所建议的，黑洞上存在更多的毛发。众所周知，黑洞的质量、角动量和电荷是与规范对称性相关的守恒电荷，当存在边界时，规范对称性就会变成真正的对称性。因此，人们可以通过搜索大于度量等距群的对称性群来寻找毛发。零无穷处渐近平坦时空的例子 [ 6 – 8 ]、渐近局部反德西特时空的例子 [ 9 ]，以及对近“视界”对称性的探索 [ 10 – 12 ] 告诉我们，情况确实如此。[ 5 ] 中的提议完全源于零无穷处渐近平坦时空的经验，探索了黑洞视界的对称性。对于 I + ( I − )，对称群（定义为保持度量上的衰减条件的微分同胚）变为无限维，即所谓的 BMS + ( BMS − )，它是超平移的无限维阿贝尔群与 Lorentz 群（或其推广，即 Witt 代数的两个副本 [ 13 ] 或球面上的光滑微分同胚代数 [ 14 , 15 ]）的半直积。尽管黑洞视界与 I + 或 I − 相似，但由于零生成器的非亲和性，尤其是在非极值情况下，该群可能无法实现为对称性。然而，超平移的李群理想却是保持基本视界结构的对称性。超平移黑洞可能有两种含义。它可能是近视界超平移 [ 5 ]，也可能是作用于全局黑洞解的 I + 和 I − 处的渐近超平移 [ 16 , 17 ]。这两个概念是否是同一个概念还远未可知，正是因为近视界超平移生成器在本体中的扩展可能与 I − 处的超平移生成器不匹配。在这里，我们将
通过广义量子 Stein 引理实现相互作用量子自旋系统热操作的渐近可逆性
对于具有局部平移不变哈密顿量的任意空间维度的量子自旋系统，我们证明，如果状态是平移不变和空间遍历的，则通过热力学可行的一类量子动力学（称为热操作）从一个量子态到另一个量子态的渐近状态转换完全可以用 Kullback-Leibler (KL) 发散率来表征。我们的证明由两部分组成，用量子信息论的一个分支资源理论来表述。首先，我们证明，任何状态，对于这些状态，最小和最大 Rényi 发散度近似地坍缩为一个值，都可以在小的量子相干源的帮助下通过热操作近似可逆地相互转换。其次，我们证明，对于任何平移不变的遍历状态，这些发散度渐近地坍缩为 KL 发散率。我们通过对量子 Stein 引理的推广来证明这一点，该引理适用于独立同分布 (iid) 情况以外的量子假设检验。我们的结果表明，KL 发散率可作为热力学势，在热力学极限下，包括非平衡和完全量子情况，提供量子多体系统遍历态热力学可转换性的完整表征。
论黑洞作为宏观量子物体
在史瓦西坐标系中，坍缩壳层的经典演化过程中，史瓦西相对流与固有时间的关系实际上迫使我们将黑洞的形成解释为一个高度非局部的量子过程，在这个过程中，壳层/反壳层对在初始视界内产生，从而恰好在视界处抵消原始坍缩壳层。通过研究黑洞背景中的量子场，我们发现了类似的非局部效应。除其他外，霍金对中即将离去的成员会很快与黑洞几何结构纠缠（而不是其伙伴），这与通常的假设相反，即根据视界附近的局部几何结构，霍金对最大程度地纠缠。此外，下落的波甚至在穿过视界之前就会影响黑洞几何结构。最后，我们发现粒子需要有限的时间才能穿过黑洞视界，从而避免在视界处发生的有限蓝移和红移。这些发现有力地支持了黑洞作为宏观量子物体的图景。
测量量子叠加（或者“它只是......
在本文中，我们试图反驳量子力学 (QM) 基础文献中普遍存在的正统主张，即“叠加态在实验室中从未被真正观察到”。为此，我们首先对著名的测量问题进行批判性分析，我们认为，该问题源于严格应用经验实证主义要求，将量子形式主义纳入他们对“理论”的特定理解。在这种情况下，临时引入投影假设（或测量规则）可以理解为来自朴素经验主义立场的必要要求，该立场假定观察是“常识”经验的不言而喻的给定——独立于形而上学（范畴）预设。然后，我们将注意力转向量子力学的两种“非坍缩”解释——模态解释和多世界解释——尽管它们否认“坍缩”是一个真实的物理过程，但仍然将测量规则作为理论的必要元素。与此相反，根据爱因斯坦的说法“只有理论才能决定什么可以被观察到”，我们建议回归对“物理理论”的现实主义表征理解，其中“观察”被认为源自理论预设。正是从这个角度出发，我们讨论了一种新的非经典概念表征，它使我们能够以直观（anschaulicht）的方式理解量子现象。抛开投影假设，我们讨论测量和观察量子叠加的一般物理条件。
纠缠量子多项式层级崩塌
我们引入纠缠量子多项式层次 QEPH ，作为一类可通过相互纠缠的交替量子证明进行有效验证的问题。我们证明 QEPH 会坍缩至第二层。事实上，我们表明多项式数量的交替会坍缩为仅仅两个。因此，QEPH = QRG ( 1 ) ，即具有一轮量子裁判游戏的问题类，已知包含在 PSPACE 中。这与包含 QMA (2) 的非纠缠量子多项式层次 QPH 形成对比。我们还引入了 DistributionQCPH ，它是量子经典多项式层次 QCPH 的泛化，其中证明者发送字符串（而不是字符串）上的概率分布。我们证明 DistributionQCPH = QCPH ，表明只有量子叠加（而非经典概率）才能增加这些层次结构的计算能力。为了证明这一等式，我们推广了 Lipton 和 Young (1994) 的一个博弈论结果，该结果指出，在不失一般性的情况下，证明者可以在多项式大小的支持上发送均匀分布。我们还证明了多项式层次的类似结果，即 DistributionPH = PH 。最后，我们证明 PH 和 QCPH 包含在 QPH 中，解决了 Gharibian 等人 (2022) 的一个未决问题。
保持纠缠态的单对贝尔参数测量
摘要 贝尔不等式是量子基础的基石之一，也是量子技术的基本工具。尽管人们付出了很多努力来探索和推广它们，但由于波函数坍缩，人们认为不可能从一个纠缠对中估计出整个贝尔参数，因为这将涉及测量同一量子态上不相容的可观测量。相反，本文报道了新一代贝尔不等式测试的首次实施，能够从每个纠缠对中提取一个贝尔参数值，同时保留对纠缠而不是破坏它。这是通过利用弱测量序列来实现的，允许在量子态上进行不相容的可观测量而不会使其波函数坍缩。从根本上讲，通过消除在不同测量基之间进行选择的需要，我们的方法扩展了反事实确定性的概念，因为它允许在贝尔不等式测试所需的所有基中测量纠缠对，从本质上消除了与未选择的基相关的问题。从实际角度来看，在我们对贝尔参数进行测量之后，粒子对内的纠缠基本保持不变，因此可以用于其他与量子技术相关或基础的用途。
二维空间中 skyrmion 的量子态......
Skyrmion 从高能物理进入材料科学 1 ，在那里它们被引入来模拟原子核 2-4 。它们是拓扑保护磁存储器的潜在候选者 5-7 。 Skyrmion 的拓扑稳定性源于连续场在连续几何空间上映射的离散同伦类，例如，将三分量恒长自旋场映射到磁性薄膜的二维空间。它依赖于二维海森堡模型的平移（准确地说是共形）不变性。一旦这种不变性被晶格破坏，skyrmion 就会变得不稳定，不会坍缩 8 ，必须通过额外的相互作用来稳定，比如 Dzyaloshiskii-Moriya、磁各向异性、塞曼等。在典型的实验中，skyrmion 的大小由磁场控制。当尺寸低于一定值时，交换相互作用总是占上风，而 skyrmion 会坍缩 9。观察到的 skyrmion 纹理通常包含数千个自旋。即使是实验中最小的纳米级 skyrmion 也包含数百个自旋。此类 skyrmion 由 Lorentz 透射电子显微镜 10 成像，通常被视为经典物体。然而，随着 skyrmion 变得越来越小，人们必须预料到量子力学在某个时候会发挥作用。这项工作的动机是观察到 skyrmion 经典坍缩为晶格的一个点与量子力学相矛盾。它与不确定性原理相矛盾，就像电子坍缩到质子上一样。然而，当前的问题比氢原子的问题要困难得多。skyrmion 拥有的大量自旋自由度类似于多电子原子的问题，对于多电子原子，无法对其进行量子态的分析计算。过去，人们已经研究过 skyrmion 量子行为的某些方面。基于 Thiele 动力学与磁场中带电粒子运动的类比，人们研究了 skyrmion 在钉扎势中的量子运动 11 。人们通过从自旋场的拉格朗日量推导出 Bolgoliubov-de Gennes 哈密顿量，解决了手性磁体中的磁振子-skyrmion 散射 12 。通过开发
对称随机量子电路中测量引起的拓扑纠缠跃迁
能量幺正动力学驱使量子多体系统进入高度纠缠态，其特征是子系统纠缠熵的体积定律缩放。当这种动力学被快速局部测量所拦截时，各个量子轨迹预计会坍缩为低纠缠态，其特征是子系统纠缠熵的面积定律缩放。最近发现，至少在一类模型中，这两个阶段由一个有限测量速率 1 – 3 的尺度不变的“临界点”分隔。近期，人们对这种转变及其概括的几个方面进行了研究 4 – 19 。在无限快速局部测量的极限下，系统的状态关键取决于测量基的选择。假设只测量交换的单量子比特算子，波函数就会坍缩为无纠缠的平凡积态。然而，如果选择测量一组稳定拓扑或对称保护拓扑 (SPT) 波函数的稳定算子，那么得到的状态——尽管也具有纠缠面积律标度——在拓扑上将不同于乘积状态 20 , 21 。在本文中，我们考虑这两类测量之间的竞争，以及它们与幺正动力学的竞争。这就引发了一个问题，即拓扑相的概念是否在包含幺正动力学和局部测量的随机量子电路中得到很好的定义。为了回答这个问题，我们考虑一个 (1 + 1)D 量子电路模型，它包含三个元素：(1) 稳定 Z 2 ´ Z 2 的稳定算子的测量
量子思维
更进一步，他假设每当大脑中的量子波函数以这种方式坍缩时，就会产生一个时刻的意识体验。这就是哈默罗夫进入人们视野的地方。自 1970 年代以来，他一直在研究一种叫做微管蛋白的蛋白质以及它们形成的中空圆柱形微管结构，试图弄清它们在细胞分裂中的作用。至关重要的是，它们似乎受到麻醉剂的影响，而麻醉剂会导致意识丧失。这让哈默罗夫推测，神经元内的微管可能利用量子效应，以某种方式将引力诱导的波函数坍缩转化为意识，就像彭罗斯所建议的那样。彭罗斯和哈默罗夫于 1996 年发表了他们的 Orch OR 论文，这引起了许多人的怀疑。一方面，这是一次大胆的尝试，试图连接量子世界和经典世界，同时解释我们时刻体验的起源。另一方面，批评者抱怨他们犯了最小化神秘性的谬误：仅仅因为意识和量子力学都是神秘的，并不意味着这些神秘性一定有共同的来源。尽管彭罗斯、哈默罗夫和他们的合作者在接下来的几十年里更详细地发展了这一概念，但没有可靠的实验来支持他们的想法，奥奇 OR 仍然超出了主流意识研究的范围。现在，几个小组已经开始证明有可能测试奥奇 OR 的一个基石，即量子效应可能存在于大脑中的想法，早期的结果很有趣。在我住在图森的时候，哈默罗夫正在申请一笔资助来进行一些实验，其中一项实验的结果