纠缠见证 (EW) [4] 为纠缠检测提供了重要的可行方法,且不需要量子态的全部信息。EW 是厄米算子,其所有可分离态的平均值都是非负的,但对于至少一个纠缠态可以为负。[5] 证明,任何纠缠态都可以被至少一个 EW 检测到。然而,对于未知的纠缠态,构造相应的 EW 通常非常困难。针对某些特定的纠缠态,已经提出了几种 EW 构造方法,例如 [6, 7]。EW 还可用于量化纠缠 [8] 和设计独立于测量设备的纠缠检测方法 [9]。EW 的实验设备也已在不同的物理系统中实现 [10, 11]。
1 橡树岭国家实验室中子散射部门,美国田纳西州橡树岭 37831 2 橡树岭国家实验室纳米相材料科学中心,美国田纳西州橡树岭 37831 3 橡树岭国家实验室计算科学与工程部门,美国田纳西州橡树岭 37831 4 亥姆霍兹柏林材料与能源中心有限公司,Hahn-Meitner Platz 1, D-14109 Berlin, Germany 5 柏林工业大学物理研究所,Hardenbergstraße 36, D-10623 Berlin, Germany 6 橡树岭国家实验室量子科学中心,美国田纳西州橡树岭 37831 7 橡树岭国家实验室材料科学与技术部门,美国田纳西州橡树岭 37831 8 Shull Wollan 中心 - 中子科学联合研究所橡树岭国家实验室,美国田纳西州 37831
1 南方科技大学量子科学与工程研究院和物理系,广东深圳 518055,中国 2 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室和现代物理系,安徽合肥 230026,中国 3 中国科学技术大学中科院量子信息与量子物理卓越创新中心和协同创新中心,安徽合肥 230026,中国 4 名古屋大学信息学研究生院,日本名古屋千种区 464-8601 5 伦敦数学科学研究所,35a South Street Mayfair,伦敦 W1K 2XF,英国 6 牛津大学沃尔夫森学院,Linton Road,牛津 OX2 6UD,英国
摘要 要检验量子理论是否适用于所有物理系统和所有尺度,需要考虑量子探针与另一个不必完全遵循量子理论的系统相互作用的情况。重要的例子包括量子质量探测引力场的情况,而引力场尚不存在独特的量子引力理论,或者量子场(如光)与宏观系统(如生物分子)相互作用,而宏观系统可能遵循也可能不遵循幺正量子理论。在这种情况下,最近提出了一类实验,通过检测系统是否能够纠缠两个量子探针,可以间接测试不需要遵循量子理论的物理系统(引力场)的非经典性。在这里,我们说明了该论证的一些微妙之处,与相互作用局部性和非经典性的作用有关,并使用具有四个量子比特的核磁共振量子计算平台进行原理验证实验,说明这些提议的逻辑。
量子纠缠是一种重要资源,在量子信息处理、量子通信、量子计算和其他现代量子技术中发挥着基础性作用 21,31。特别是,任何二分纠缠态都会增强隐形传态能力 29 并表现出隐藏的非局域性 30。量子任务的实用性通常随着纠缠量的增加而增加 2,41,42。纠缠态的表征在理论和实践中都至关重要。然而,区分可分离态和纠缠态的问题仍然悬而未决;事实上,它是 NP 难问题 14。对于量子比特-量子比特和量子比特-量子三体系统,著名的 Peres-Horodecki 正部分转置 (PPT) 标准给出了必要和充分可分离性条件 19,32。在高维中,这一条件才是必要的,这首先在四元组-四元组系统 19 中得到证明。更精细的检测方法包括可计算交叉范数或重新调整 (CCNR) 标准 4、6、18、34、相关矩阵标准 9、10、局部不确定性关系标准 16、约化密度矩阵标准 3 和协方差矩阵标准 13。另一种纠缠检测方法是通过纠缠见证,它们是 Hermitian 块正(但不是正)算子。因此,任何这样的算子在可分离状态下都是正的,并且状态 ρ 是可分离的当且仅当对于每个纠缠见证 W ,Tr(ρW)≥0。所有纠缠态都有检测它们的见证人 43、44。换句话说,如果 ρ 是纠缠的,则存在一个(非唯一的)见证人 W ,使得 Tr(ρW)<0。问题在于为给定状态找到合适的见证人。与其他检测方法相比,选择纠缠见证人的优势在于,状态的不可分性取决于计算该状态下 W 的期望值。因此,它比全状态断层扫描需要的信息更少,这也意味着需要更少的实验设备和更少的测量。存在一类特殊的见证人,可以检测具有正部分转置的量子态,也称为束缚纠缠态 17、20、24、25、44。它们被称为不可分解的,因为它们不能分解为 W = A + BŴ,其中 A 和 B 为正,其中Ŵ是部分转置。此类算子没有通用的构造方法,而且通常很难确定见证人是否可分解。然而,已经发现了几类不可分解的纠缠见证,例如与众所周知的重新调整或可计算交叉范数 (CCNR) 可分离性标准 5、6、35 和协方差矩阵标准 12、13、26 相关的标准,以及它们的概括 37、38。在构建纠缠见证时,人们经常使用相互无偏基 (MUB)。C d 中的正交基是相互无偏的当且仅当属于不同基的任意两个向量之间的转换概率为常数 11 。在参考文献 8 中,作者使用 MUB 定义了一类新的见证人,并分析了它们在 d = 3 中的属性。这种构造已以多种方式得到推广。Li 等人为相互无偏测量 (MUM) 27 和对称信息完全测量 (SIC-POVM) 28 引入了类比算子。Wang 和 Zheng 45 考虑了不同维度的复合系统中基于 MUB 的见证人。Hiesmayr 等人 15 表明,不等价和不可扩展的 MUB 集有时对检测纠缠更有用,而 Bae 等人 1 发现需要超过 d / 2 + 1 个 MUB 来识别束缚纠缠态。涵盖各种纯度的 MUM 均能检测到与
在撰写本文时,也就是 2020 年 9 月,我们正生活在一个危机四伏的时代。我们看到极端不平等、生物多样性减少和环境破坏,而这一切都是由剥削人类、地球及其其他居民的经济体系造成的。这一体系得到了历史上从中受益的机构和等级制度的支持,这些机构和等级制度经常以种族、阶级和性别等理由进行歧视。随着英国脱离欧盟,和平与气候正义的努力将受到何种影响仍不清楚,国家间关系、英国在世界上的优先事项以及环境标准等问题都可能发生变化。人与人之间暴力的根源往往在于我们所描述的相互关联的危机。在世界各地,我们看到明显的种族主义、民族主义和反移民情绪有所抬头,而民粹主义公众人物则助长了这种情绪。我们看到,在社交媒体和大众媒体中,语言的“武器化”正在成为缩小“我们”和贬低“他者”的强大力量。大规模不公正的影响是以代际而不是年际来衡量的,当今许多武装冲突和权力与财富的不平衡都与殖民主义的持续影响直接相关。
检测和认证材料中的纠缠和量子关联具有根本性和深远的意义,并且最近取得了重大进展。它既影响对量子多体现象基础科学的理解,也影响对适用于新技术的系统的识别。在量子信息理论的背景下,已经开发出适用于凝聚态物质的框架,将测量与纠缠和相干性联系起来。它们以纠缠见证和量子关联测量的形式出现。全面回顾了这些量的基础理论、它们与凝聚态实验技术的关系以及它们在真实材料中的应用。此外,还介绍了它们在协议等中的用途、见证和测量的相对优缺点,以及在关联电子、纠缠动力学和纠缠光谱探针等方面的未来前景。通过提供从基础到应用的易于理解和实用的处理,考虑到这项新兴研究的跨学科性质和正在进行的重大进展。特别强调了可通过集体测量获得的量,包括通过磁化率和光谱技术。这包括磁化率见证、单纠缠、并发和双纠缠、双点量子不和谐以及量子相干性测量(如量子 Fisher 信息)。
本研究探讨了体现经验在虚拟现实(VR)对个人对气候变化的态度和行为的影响。总共有41名参与者分为两组:一个由全身化身与虚拟环境相互作用的体现组,以及一个从隐形观察者的角度观察到场景的非体现的群体。VR经验模拟了家庭内部三代人气候变化的渐进后果,旨在使气候变化的抽象且相对较远的概念成为一个有形和个人的问题。最终场景提出了一个未来的乐观情景,在该场景中,人类通过集体行动成功地打击了气候变化。证据表明,即使在VR暴露后6周,这种情况都对碳足迹响应有效。此外,在参与者对气候行动和亲环境行为的参与感中的影响中发现了增加,而体现的组在短期内显示出更为明显的响应。这些发现表明,结合虚拟体现的身临其境的VR体验可以成为增强意识和激励环境行为的有效工具,通过提供对气候变化影响的强大和个人观点。
回答这个问题的关键是主要化的概念。如果对于所有的 k = 1 , ... , n,P kj =1 x ↓ j ≥ P kj =1 y ↓ j 且 P nj =1 x ↓ j = P nj =1 y ↓ j ,我们说向量 x ∈ R n 主要化 y ∈ R n (记为 x ≻ y )。其中,x ↓ 表示 x 的排序版本,即 x 元素的排列,满足 x ↓ 1 ≥ x ↓ 2 ≥ ... ≥ x ↓ n 。从现在开始,让 x 和 y 成为非负向量。
量子通信通道在随后的使用之间存在相关性的情况下,最近引起了很多关注。最初在经典信息传输的背景下研究了相关的量子渠道,这表明,对于某些相关强度的范围,随后的使用之间的纠缠产生是有益的,可以增强传播信息的量[1]。Interesting features then emerged in the study of quantum memory (or correlated) channels by modeling of rel- evant physical examples, including depolarizing channels [ 2 ], Pauli channels [ 3 – 5 ], dephasing channels [ 6 – 10 ], amplitude damping channels [ 11 ], Gaussian channels [ 12 ], lossy bosonic channels [ 13 , 14 ], spin chains [ 15 ], collision models [ 16 ], and a MicroMaser模型[17](有关具有内存效果的量子通道的最新综述,请参见参考文献[18])。Quantum channels can be characterized completely by means of quantum process tomography [ 19 ], a well- established technique that requires a number of measurement settings (in an entanglement-based scenario or otherwise a number of measurement settings times number of state prepa- rations in a single system scenario) that scales as d 4 , where d is the arbitrary finite dimension of the quantum system which is sent through the communication channel [ 20 – 22 ].最近提出了具有许多测量设置缩放为d 2的较便宜的程序,以检测不需要完整表征的量子通道的特定特性,例如,其纠缠破坏性属性[23]或其非马克维亚角色[24]。量化通道能力