量子纠缠:量子信息理论揭示了量子纠缠与热力学、多体理论、量子计算的联系( 三 )


我特意选择了这些数字 , 因为我们眼睛可以看到(假设20/20的视力)这个原子集合(相当于变形虫的大小) , 并用肉眼确定它的位置 。 奇怪的是 , 这是一个特殊的量子力学态 , 叫做格林伯格-霍恩-泽林格(GHZ)态 , 它被写成|00…0〉+|11…1〉 , 其中状态|0〉表示一个位置的原子 , 而|1〉表示另一个位置的原子 , 有10^18个0和1 。 基于经典态的接近性 , 它不是很纠缠 。 事实上 , 它与经典态的接近程度与纠缠态的接近程度一样 。 对于GHZ态 , 无论涉及多少粒子 , 全局纠缠度(例如 , 通过该态与最近可分离态之间的相对熵测量)始终为1 。
格林伯格-霍恩-泽林格(GHZ)态是在实践中很难准备的状态的例子 , 但很容易经典地模拟 。 一般来说 , 很难模拟的状态是纠缠度随系统中粒子数量而变化的状态 。 这是典型的多体相互作用系统的情况 , 也适用于基于测量的量子计算中使用的团簇状态 。 另一方面 , 团簇态通常不表现出量子宏观性 。
虽然这看起来是个问题 , 但宏观性和纠缠量之间的二分法实际上存在偶然性 。 人们常说 , 能够建立一个大规模的通用量子计算机 , 就等于测试量子理论的宏观极限(如果有的话) 。 但是 , 无论出于什么未知的原因 , 大的格林伯格-霍恩-泽林格(GHZ)态都不可能被制造出来 , 同时 , 量子计算机的设计可以远远超过现有的经典计算机 。 那的确是一种奇怪的情况!
这些研究方向具有现实意义和基础意义 。 从技术上讲 , 人们仍然不不知道量子计算机可以扩展到什么程度 , 也不容易预测其应用的全部范围 。 从根本上讲 , 问题是如何弥合微观领域和宏观领域之间的鸿沟 。 热力学能否与量子纠缠完全协调 , 量子效应在宏观域中能走有多远?这带来了一系列新的令人兴奋的问题 , 从生物体能否利用纠缠 , 到量子效应能否在引力领域产生影响 。


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