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World File Search System引力
物质相干性在引力纠缠中的作用
我们从量子物体的相干性的角度研究引力的量子性质。作为基本设置，我们考虑两个引力物体，各自处于两条路径的叠加态。物体的演化用具有种群保持性质的完全正向和迹保持 (CPTP) 映射来描述。此属性反映了物体出现在每条路径上的概率是保持不变的。我们使用相干性的 ℓ 1 范数来量化物体的相干性。在本文中，引力的量子性质用纠缠映射来表征，它是具有产生纠缠能力的 CPTP 映射。我们引入纠缠映射见证作为可观测量来测试给定映射是否纠缠。我们表明，每当引力物体最初具有有限量的相干性的 ℓ 1 范数时，见证就会由于引力而测试纠缠映射。有趣的是，我们发现，即使物体没有纠缠，见证者也可以测试引力的这种量子性质。这意味着引力物体的相干性总是成为引力纠缠图的来源。我们进一步讨论了本方法中的退相干效应和实验视角。
引力中的非等距量子误差修正
本次演讲的目的是在黑洞蒸发的玩具模型中解释引力如何解决这个问题，并设法将半经典状态（来自较大的空间）编码到较小的微观空间中。半经典状态是内部的有效场论激发，而微观状态是黑洞微观状态。
谐波陷阱中的引力诱导纠缠
最近的研究表明，在不久的将来，也许可以通过桌面实验探测到引力诱导的纠缠。然而，目前还没有针对此类实验的彻底开发的模型，其中纠缠粒子在更根本上被视为相对论量子场的激发，并使用场可观测量的期望值来建模测量值。在这里，我们提出了一个思想实验，其中两个粒子最初在一个共同的三维 (3D) 谐波陷阱内以相干态叠加的形式准备。然后，粒子通过它们相互的引力相互作用产生纠缠，这可以通过粒子位置检测概率来探测。本研究对该系统的引力诱导纠缠进行了非相对论量子力学分析，我们将其称为“引力谐波”，因为它与氦原子中近似电子相互作用的谐波模型相似；纠缠在操作上是通过物质波干涉可见性确定的。本研究为后续研究奠定了基础，后续研究使用量子场论对该系统进行建模，通过相对论修正进一步深入了解引力诱导纠缠的量子性质，并提出量化纠缠的操作程序。
引力时间扩张作为量子传感的资源
量子力学改变了我们对物理世界的看法，在过去的二十年中，物理系统的量化特征也已成为技术不同分支的资源[1，2]。尤其是，当计量学遇到量子机械时，就可以使用整个新的新特征来提高物理测量的精度，并构想新颖的量子增强方案以表征信号和设备[3-5]。相对论也改变了物理的范例，并发现了相关的技术应用[6]。因此，是否可以共同利用相对论和量子机械性能以提高物理测量的精度。在本文中，我们遵循了这一想法，并证明了范式相对论特征，重力时间扩张确实可能代表了可以与量子叠加一起使用的资源，以证明重力常数的估计或其变化。
干涉量子引力测试中的噪声效应
然而，量子纠缠是一种脆弱的资源，各种退相干现象都可能危及它：因此，研究纠缠增强的仪器灵敏度在多大程度上能够抵御外部噪声至关重要。事实上，干涉仪永远不会完全与外部环境隔绝，而外部环境通常是退相干现象的来源。此外，许多基本理论预测在最底层、最基本的层面上存在各种时空非交换性 27 – 31 ；这些现象可以通过修改正则交换关系影响干涉仪内部光子的传播，从而导致进一步的噪声现象。所有这些不必要的影响都可能降低通过向仪器输入高度非经典的纠缠光所获得的灵敏度增强。开放量子系统 32 – 38 的一般理论（即与外部介质相互作用较弱的系统）可用于估计双干涉仪中外部环境产生的影响。在此框架中，实验装置内部光子的传播由量子动力学半群描述，从而推广了熟悉的幺正动力学。另一方面，正如大多数基于非交换几何的理论所预测的那样，最小长度的存在 29 – 31 可能导致广义不确定性原理，并因此导致光子模式算符遵循的玻色子正则交换关系的修改。下面，我们将详细讨论纠缠光子所提供的灵敏度增强是如何受到两种“噪声”源的影响的。特别是，我们将估计这些退相干现象的影响应该有多大，才能破坏在检测通过使用量子计量方法获得的量子引力效应时灵敏度的增强。
纠缠退化作为检测引力改变特征的工具
我们研究量子修正黑洞附近的纠缠退化。我们考虑一个双粒子系统 (Alice-Rob)，其中 Alice 自由 (径向) 落入量子修正黑洞的事件视界，而 Rob 位于黑洞事件视界附近。我们考虑一个最大纠缠态 (在 Fock 基中)，并从 Rob 是匀加速观察者的基本假设开始。然后，我们对涉及闵可夫斯基真空态和林德勒数态的关系进行了教学分析。按照 Martín-Martínez 等人 [ Phys. Rev. D 82 , 064006 (2010) ] 中给出的类比，我们从闵可夫斯基-林德勒关系中建立了哈特尔-霍金真空态与 Boulware 和反 Bouware 数态之间的关系。然后，我们利用近视界近似以适当的形式写出量子修正黑洞度量。接下来，我们得到对数负性和互信息的解析形式，并绘制为 Rob 与 r = 0 点距离的函数。我们观察到，纠缠退化减慢，这是因为通过在史瓦西黑洞中加入量子引力修正，度量的失效函数发生了结构变化。至关重要的是要理解，任何改变度量结构的修正引力理论都会导致不同的纠缠退化速率。在视界半径处，无论底层理论如何，纠缠退化始终是完全的。这一观察结果可能导致在未来一代先进的观测场景中识别出修正引力理论的特征。这种修改可能来自更高的曲率修正、更高维度的引力理论、量子引力修正等。我们还可以将此效应解释为一个噪声量子通道，其算子和表示为完全正的和迹保持映射。然后，我们最终使用此算子和表示获得纠缠保真度。
在量子处理器实验室中探索量子引力
全息原理及其在 AdS/CFT 对应中的实现导致了广义相对论和量子信息之间意想不到的联系。这为在桌面量子计算实验中研究量子引力模型的各个方面奠定了基础，否则这些模型很难获得。最近的研究设计了一种特殊的隐形传态协议，实现了一种令人惊讶的通信现象，最自然的解释是可穿越虫洞的物理原理。在这项工作中，我们在最先进的量子计算机上基于该协议进行了量子实验。目标量子处理单元 (QPU) 包括 Quantinuum 的离子捕获系统模型 H1-1 和五个具有各种架构的 IBM 超导 QPU，具有公共和高级用户访问权限。我们报告了从这些 QPU 观察到的隐形传态信号，其中最好的一个达到了理论预测的 80%。在尝试优化协议的过程中，我们确定了一组传输经典比特而不是量子比特的参数，但传输方法仍然采用量子加扰，这是一种意料之外的现象。我们概述了在实施过程中面临的实验挑战，以及这项工作带来的量子动力学新理论见解。我们还开发了 QGLab——一种开源端到端软件解决方案，有助于在由 Qiskit 和 tket SDK 支持的最先进的和新兴的 QPU 上进行虫洞启发的隐形传态实验。我们认为我们的研究和成果是朝着在实验室中实现更复杂的间接探测量子引力实验迈出的早期实际步骤。
探测量子相干性以推断引力纠缠的限制
寻找一种可行的方案来测试引力相互作用的量子力学性质引起了越来越多的关注。到目前为止，引力介导的纠缠产生似乎是潜在实验的关键因素。在最近的一项提案 [D. Carney 等人，PRX Quantum 2，030330 (2021)] 中，将原子干涉仪与低频机械振荡器相结合，提出了一种相干性复兴测试来验证这种纠缠产生。由于只对原子进行测量，因此该协议无需进行相关测量。在这里，我们探索了这种协议的公式，并具体发现，在设想的高热激发操作状态下，没有纠缠概念的半经典模型也会给出相同的实验特征。我们在完全量子力学计算中阐明，纠缠不是相关参数范围内复兴的来源。我们认为，在目前的形式下，建议的测试仅在振荡器几乎处于纯量子态时才有意义，并且在这种情况下，影响太小而无法测量。我们进一步讨论了潜在的开放结局。结果强调了在测试物理系统的量子力学性质时明确考虑量子情况与经典期望的不同之处的重要性和微妙之处。
量子引力中的幺正性和信息
在量子引力方法中，平滑时空是离散普朗克基本结构的近似，任何有效的平滑场理论描述都会遗漏部分基本自由度，从而破坏幺正性。这也适用于通过使用闵可夫斯基背景几何实现的平凡引力场（低能）理想化，与任何其他时空几何一样，在基本描述中，它对应于无数个不同且紧密退化的离散微观状态。这种微观状态的存在为黑洞蒸发结束时要编码的信息提供了巨大的 q 位储存库，从而为黑洞蒸发信息难题的自然解决开辟了道路。在本文中，我们表明，这些预期可以在由圈量子引力激发的宇宙学简单量子引力模型中精确实现。具体而言，即使模型基本上是单一的，当适当忽略与低能宇宙观察者无关的微观自由度时，有效描述中的纯态也会由于与普朗克微观结构的退相干而演变为混合态。此外，在相关的物理范围内，这些隐藏的自由度不携带任何“能量”，因此在完全量子引力的背景下实现了退相干可以在不耗散的情况下发生的想法（Unruh 和 Wald 之前强调过），现在在一个由量子引力强烈推动的具体引力模型中。所有这些都强化了黑洞蒸发难题的一个相当保守和自然的解决方案的观点，其中信息不会被破坏，而只是被降级（低能观察者无法获得）为与普朗克尺度量子几何的微观结构的相关性。