Only Perception: 物理學家發現在球面上測量量子糾結的簡單方法

2016-03-03

物理學家發現在球面上測量量子糾結的簡單方法

Physicists discover easy way to measure entanglement—on a sphere
http://phys.org/news/2016-02-physicists-easy-entanglementon-sphere.html

By Lisa Zyga
February 19, 2016

(Phys.org) -- 量子糾結（Quantum entanglement）-- 當二個以上的粒子具有像這樣的相關性，即使在很遠距離下，它們依然能夠相互影響 -- 並非一種全有或全無的現象，而是有不同程度的變化。

當與其夥伴糾結的量子態愈多，在量子資訊應用中的表現會愈好。不幸的是，高品質的糾結是一種困難的過程，那涉及到複雜的優化問題，使物理學家頭痛不已。

現在在一篇發表於 Physical Review Letters 期刊上的研究中，數學物理學家、諾丁漢大學的 Bartosz Regula 與 Gerardo Adesso 已大幅簡化測量糾結的問題。

為了辦道這件事，科學家們將複雜的分析問題變成簡單的幾何問題。他們證明，在許多例子中，狀態之間的糾結數量與二點之間在布洛赫球面（Bloch sphere）的距離相關。布洛赫球面基本上是一個普通的 3D 球體，物理學家用以形塑量子態。

如科學家們的解釋：數學問題的傳統困難之處在於，它需要尋找將混合量子態解構成單純量子態的最佳方法。這種幾何學方法，將量子態被解構成球面上單個零糾結（zero entanglement）點的許多可能方式減少了。這種方法在此只需要一個像這樣的點，或零糾結的「根」，促使科學家們將此法描述成「一根統全體（one root to rule them all）」。

科學家解釋，「一個根」特性在量子態中很常見，且能輕易地被驗證，將艱澀的數學問題轉變成非常簡單的一個。他們證明，這種新方法對許多種二、三、四個 qubit 糾結態有效。研究者表示："這種方法揭露介於某個狀態之量子特性與古典幾何學之間，一種有趣且先前未曾被探索的連結，使得所有單根態（one-root states）享有一種便利的視覺呈現，而那大大簡化了對其特性的研究與理解。"

將測量某種狀態之糾結的方法簡化，在許多技術領域中都可能有其應用，例如量子密碼學、量子計算與量子通訊。它也能對於理解熱力學、凝態物理學與生物學的基礎提供洞見。

※ 相關報導：

＊ Entanglement Quantification Made Easy: Polynomial Measures Invariant under Convex Decomposition
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.070504