摘要 — 量子信息科学的最新进展揭示了量子多体系统的复杂动力学,量子信息扰乱就是一个很好的例子。受量子信息热力学的启发,这一观点旨在综合几项关键研究的关键发现并探索量子扰乱的各个方面。我们考虑了诸如非时间有序相关器 (OTOC)、量子互信息和三部分互信息 (TMI) 之类的量词,它们与热力学的联系,以及它们在理解混沌与可积量子系统中的作用。我们重点关注代表性示例,涵盖了一系列主题,包括量子信息扰乱的热力学以及量子引力模型(如 Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) 模型)中的扰乱动力学。研究这些不同的方法使我们能够强调量子信息扰乱的多面性及其在理解量子力学和热力学交叉领域的量子多体动力学基本方面的重要性。
时序非相关器 (OTOC) 可用于探测当动态初始条件发生变化时量子系统对信息的扰乱速度。在足够大的量子系统中,可以从 OTOC 中提取 Lyapunov 系数的量子模拟,该系数描述了经典混沌系统被扰乱的时间尺度。OTOC 仅应用于非常有限的玩具模型,例如与黑洞信息扰乱相关的 SYK 模型,但它们在量子系统中的信息扰乱方面具有更广泛的适用性,可以与实验进行比较。众所周知,多原子分子的振动会从低能量下的规则动力学转变为足够高能量下的轻松能量流。因此,分子代表了研究中等大小(此处为 6 到 36 个自由度)多体系统中扰乱的理想量子系统。通过计算量子 OTOC 及其经典对应物,我们可以量化信息在分子系统中如何以量子力学方式“扰乱”。在早期“弹道”动力学和晚期“饱和” OTOC(当探索到全状态密度时)之间,确实存在一个可以为本研究中的所有分子定义量子 Lyapunov 系数的机制。与实验速率数据的比较表明,由 OTOC 测量的慢速扰乱可以达到分子反应动力学的时间尺度。即使对于我们讨论的最小分子,正则化的 OTOC 仍能满足 Maldacena 边界,但不正则化的 OTOC 则不能,这强调了前者更适合于讨论这种中等尺寸量子系统中的信息扰乱。
量子技术的出现引起了人们对其提供的计算资源的理论表征的极大关注。量化量子资源的一种方法是使用一类称为魔单调和稳定器熵的函数,然而,对于大型系统而言,这些函数非常难以评估且不切实际。在最近的研究中,建立了信息扰乱、魔单调 mana 和 2-Renyi 稳定器熵之间的基本联系。这种联系简化了魔单调计算,但这类方法仍然会随着量子比特的数量而呈指数级增长。在这项工作中,我们建立了一种对非时间顺序相关器进行采样的方法,该相关器近似于魔单调和 2-Renyi 稳定器熵。我们用数字方式展示了这些采样相关器与量子比特和量子三元系统的不同非稳定器度量之间的关系,并提供了与 2-Renyi 稳定器熵的分析关系。此外,我们提出并模拟了一个协议来测量魔法对于局部汉密尔顿量的时间演化的单调行为。
运行标题:A-to-I RNA 编辑影响前 mRNA 剪接 3 4 作者:5 Utkarsh Kapoor 1*、Konstantin Licht 1*、Fabian Amman 1,2、Tobias 6 Jakobi 3、David Martin 1、Christoph Dieterich 3 和 Michael F. Jantsch 1 7 8 9 1. 解剖学和细胞生物学中心,10 细胞和发育生物学系,11 维也纳医科大学 12 Schwarzspanierstrasse 17 13 A-1090 维也纳,奥地利 14 15 2. 理论生物化学研究所 16 维也纳大学 17 Währingerstrasse 17 18 A-1090 维也纳,奥地利 19 20
近年来,非时间序相关器 (OTOC) 作为量子信息扰乱的诊断方法得到了广泛研究。在本文中,我们研究了正则化有限温度 OTOC 的量子信息理论方面。我们介绍了二分正则化 OTOC (BROTOC) 的分析结果:在二分上支持的随机幺正上平均的正则化 OTOC。我们表明 BROTOC 有几个有趣的特性,例如,它量化了相关热场双态的纯度和解析连续时间演化算子的“算子纯度”。在无限温度下,它减少到 1 减去时间演化算子的算子纠缠。在零温度极限下对于非退化哈密顿量,BROTOC 探测基态纠缠。通过计算长期平均值,我们表明 BROTOC 的平衡值与本征态纠缠密切相关。最后,我们用数值方法研究了各种物理相关的哈密顿模型的 BROTOC 平衡值,并评论了其区分可积动力学和混沌动力学的能力。
V Veitch、SAH Mousavian、D. Gottesman 和 J Emerson。稳定器量子计算的资源理论。《新物理学杂志》,16(1):013009,2014 年
。CC-BY 4.0 国际许可证下可用(未经同行评审认证)是作者/资助者,他已授予 bioRxiv 永久展示预印本的许可。它是此预印本的版权持有者此版本于 2023 年 11 月 21 日发布。;https://doi.org/10.1101/2023.11.19.567745 doi:bioRxiv 预印本
过去几年,非时序相关器 (OTOC) 被广泛用于研究多体系统中的信息扰乱和量子混沌。在本文中,我们将 Styliaris 等人的平均二分 OTOC 形式化 [ Phys. Rev. Lett. 126 , 030601 (2021) ] 扩展到开放量子系统的情况。动态不再是幺正的,而是用更一般的量子通道 (迹保留、完全正映射) 来描述。这种“开放二分 OTOC”可以以精确的解析方式处理,并被证明相当于两个量子通道之间的距离。此外,我们的解析形式揭示了信息扰乱和环境退相干的相互竞争的熵贡献,以至于后者可以混淆前者。为了阐明这种微妙的相互作用,我们解析地研究了特殊类别的量子通道,即失相通道、纠缠破坏通道等。最后,作为物理应用,我们用数值方法研究了耗散多体自旋链,并展示了如何利用竞争熵效应来区分可积状态和混沌状态。