我们计算了 K 及其涨落 ⟨ K 2 ⟩ 的期望值;两者都遵循与黑洞力学的贝肯斯坦-霍金面积定律相同的面积定律: ⟨ K ⟩ = ⟨ K 2 ⟩ = A 4 GN ,其中 A 是(极值)纠缠表面的面积。研究还表明,K 在 AdS 中受引力影响,因此会产生度量涨落。这些理论结果很有趣,但尚不清楚如何将这种关于全息量子引力的想法精确扩展到普通平坦空间。我们采取的方法是考虑度量涨落的实验特征是否可以决定平坦空间中量子引力真空的性质。特别是,我们提出了一个由 AdS/CFT 计算激发的理论模型,该模型重现了模哈密顿涨落的最重要特征;该模型由高占据数玻色子自由度组成。我们表明,如果该理论通过普通的引力耦合与干涉仪中的镜子耦合,且其应变灵敏度与引力波的灵敏度相似,则可以观察到真空涨落。
简介。— 实验表征系统不同部分之间的量子关联对于量子技术的发展至关重要。量子关联不仅是量子力学预测的最奇特效应的核心,例如纠缠、EPR 控制 [1 – 3] 或贝尔非局域性 [4] ;它们还为不同的量子信息或计量任务提供了优势,甚至对于非纠缠态 [5 – 7] 也是如此。此外,量子关联应该出现在一般的量子系统中 [8] ,而量子多体系统通常是经典计算机无法处理的。因此,在控制良好的量子模拟器上进行测量对于提高我们对复杂量子系统的理解至关重要。证明关联的量子性质是一项实验挑战,这需要测量非交换算子。由于全状态层析成像会随着成分数量的增加而呈指数级增长 [9],因此在大型集合中无法实现,因此开发新协议以从部分测量(例如二分或集体测量)推断相关性至关重要。后者已成功在处理有效两级系统的实验平台上展示了纠缠 [3]、转向 [10 – 12] 或非局域性 [13]。由固定在光学晶格中的 s > 1 = 2 粒子组成的系统对于量子技术也特别有趣,因为它们的希尔伯特空间相对于量子比特(s ¼ 1 = 2)系统扩大,为量子信息处理提供了新的可能性 [14]。然而,它们的
2 该场被认为是希格斯场,然而最近的发现对这种情形表示怀疑,尽管古斯本人也曾谈论过希格斯场(参见 [4,第 175 页])。 3 虽然平坦几何意味着宇宙的几何形状是欧几里得类型的,但这并不意味着宇宙是字面意义上的平坦。它意味着两点之间的最短路径是直线,三角形的内角和为 180 度,平行线永不相交。另外两种几何具有不同的性质:在球面几何中,三角形的内角和大于 180 度,平行线相交;而在双曲几何(马鞍形)中,三角形的内角和小于 180 度,平行线不相交且彼此远离。
在本篇综述中,我们讨论了非平衡状态下能量涨落的统计描述,这种涨落源于量子系统与测量仪器之间的相互作用,该相互作用应用了一系列重复的量子测量。为了正确量化有关能量涨落的信息,我们推导并解释了交换热概率密度函数和相应的特征函数。然后,我们讨论了 Jarzynski 形式涨落定理 ⟨ e − βQ ⟩ = 1 的有效性条件,从而表明涨落关系对于测量时间间隔内的随机性具有鲁棒性。此外,我们还分析了热特征函数在许多中间量子测量的热力学极限下的后期渐近性质。在这样的极限下,除非系统的哈密顿量和中间测量可观测量共享一个共同的不变子空间,否则量子系统趋向于最大混合状态(因此对应于具有无限温度的热状态)。然后,在此背景下,我们还讨论了当系统在量子芝诺机制下运行时,能量涨落关系如何变化。最后,针对目前在量子应用和技术中普遍存在的二能级和三能级量子系统的特殊情况,说明了理论结果。
涨落定理是热力学第二定律对于小系统的基本推广。虽然熵产生Σ对于宏观系统是一个非负的确定性量,但是在微观尺度上,由于不可忽略的热[1,2]或量子[3,4]涨落,熵产生Σ变为随机量。详细的涨落定理通过关系PðΣÞ=Pð−ΣÞ¼expðΣÞ[5]量化了负熵产生事件发生的概率。积分涨落定理对Σ积分后的形式为hexpð−ΣÞi¼1。指数的凹性意味着熵产生平均而言仅为正值,hΣi≥0。涨落定理在任意远离平衡态的一般有效性使得它们在非平衡物理中特别有用。由于这个原因,人们在理论和实验上对经典系统进行了广泛的研究[6,7]。这些研究为从胶体粒子到酶和分子马达[1,2]等微观系统的热力学提供了独特的见解。在量子领域,情况更为复杂。量子涨落定理通常在两点测量 (TPM) 方案中研究[3,4]。在这种方法中,通过在非平衡协议开始和结束时投影测量能量,可以确定量子系统的能量变化,进而确定熵产生[8],以实现个体实现。还提出了基于类拉姆齐干涉术[9,10]和广义测量[11,12]的等效公式。这些方法用于对机械驱动 [13 – 16] 和热驱动 [17,18] 系统进行量子涨落定理的实验测试,使用 NMR、离子阱、冷原子、氮空位中心和超导量子比特装置。TPM 程序成功捕获了系统的离散量子能谱,以及两次测量之间的非平衡量子动力学 [19]。然而,由于其投影性质,它
摘要 我们证明了非相对论量子力学的公式可以从一个扩展的最小作用量原理中推导出来。这个原理可以看作是经典力学最小作用量原理的扩展,因为它考虑了两个假设。首先,普朗克常数定义了一个物理系统在其动力学过程中为可观测所需表现出的最小作用量。其次,沿经典轨迹存在恒定的真空涨落。我们引入了一种新方法来定义信息度量来测量由于真空涨落引起的额外可观测性,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恢复位置表象中的基本量子公式,包括不确定性关系和薛定谔方程。在动量表象中,可以应用同样的方法得到自由粒子的薛定谔方程,而对于具有外部势的粒子仍需要进一步研究。此外,该原理在两个方面带来了新的结果。在概念层面,我们发现真空涨落的信息度量是玻姆量子势的起源。尽管二分系统的玻姆势不可分,但底层的真空涨落是局部的。因此,玻姆势的不可分性并不能证明两个子系统之间存在非局部因果关系。在数学层面,使用更一般的相对熵定义量化真空涨落的信息度量会得到一个取决于相对熵阶数的广义薛定谔方程。扩展的最小作用原理是一种新的数学工具。它可以应用于推导其他量子形式,例如量子标量场论。
我们给出了无能隙退化的多体量子系统的非时间有序和时间有序相关子的无限时间平均值附近的时间涨落的界限。对于物理初态,我们的界限预测时间涨落随系统大小呈指数衰减。我们通过数值验证了对混沌和相互作用的可积自旋 1/2 链的这一预测,它们满足我们界限的假设。另一方面,我们通过分析和数值证明,对于 XX 模型(一个具有能隙退化的非相互作用系统),对于费米子表示中的局部算子,时间涨落随系统大小呈多项式衰减,而对于非局部算子,时间涨落随系统大小呈指数衰减。我们的结果表明,相关子的长期时间涨落的衰减不能作为混沌或无混沌的可靠度量。
经典发动机将热量从热源转移到冷源,方法是使用工作物质 (WS) 将热量依次与每个热源接触。这种热的上游流动在热力学上增加了发动机的熵。在此过程中,自然会限制发动机的最大效率,该效率不能超过由两个热源的温度比决定的理想值。卡诺于 1824 年证明了这一极限,体现了热力学第二定律。量子发动机可以通过重新调整其基本概念来超越这一限制。理论 [1–4] 和实验 [3,5–7] 都表明,可以从量子系统中获取额外的工作能力,称为“能效”。理论上,这些发动机的运行可以分为“冲程”,以模仿自然界的最小作用原理。[3] 冲程的作用以其持续时间和速率为特征
多体系统(微观和宏观)中的统计涨落对物理学有着非常重要的作用,因为它们编码了关于可能的相变、耗散和聚集现象的关键信息[1-6]。涨落的一个尚未开发的新特征是,在量子效应变得重要的情况下,小系统的涨落会增加。我们在最近的两篇论文[7、8]中定量分析了这种影响,在这些论文中,我们讨论了玻色子和费米子热气体中能量密度的涨落。我们的结果表明,在描述重离子碰撞时,相对论流体动力学中使用的流体元素概念存在局限性。当子系统的尺寸降至约0.5 fm以下时,能量密度涨落(对于温度和粒子质量的典型值)变得如此之大,以至于它们与它们的平均值相当。在这种情况下,具有明确能量密度的流体单元的物理图像变得不合理。我们