量子粒子如何交換信息?最近通過(guò)在 TU Wien 進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證驗(yàn)證了一個(gè)關(guān)于量子信息的有趣假設(shè)。
如果你要從人群中隨機(jī)挑選一個(gè)身高明顯高于平均水平的人，那么這個(gè)人很可能也會(huì)超過(guò)平均體重。這是因?yàn)椋瑥慕y(tǒng)計(jì)學(xué)上講，關(guān)于一個(gè)變量的知識(shí)通常可以讓我們對(duì)另一個(gè)變量有所了解。
量子物理學(xué)將這些相關(guān)性提升到另一個(gè)層次，在不同的量之間建立更強(qiáng)大的聯(lián)系：一個(gè)巨大的量子系統(tǒng)的不同粒子或部分可以“共享”特定數(shù)量的信息。這個(gè)有趣的理論前提表明，這種“互信息”的計(jì)算出人意料地不受系統(tǒng)總體積的影響，而僅受其表面的影響。
這一令人驚訝的結(jié)果已在 TU Wien 得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)，并發(fā)表在《自然物理學(xué)》上。實(shí)驗(yàn)的理論輸入及其解釋來(lái)自加興馬克斯普朗克量子研究所、柏林聯(lián)邦大學(xué)、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和紐約大學(xué)。
量子信息：比經(jīng)典物理學(xué)允許的連接更緊密
“讓我們想象一個(gè)氣體容器，小顆粒在其中飛來(lái)飛去，并以非常經(jīng)典的方式表現(xiàn)得像小球體，”維也納量子科學(xué)與技術(shù)中心 (VCQ) 的 Mohammadamin Tajik說(shuō)。出版物。
“如果系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，那么容器不同區(qū)域的粒子彼此之間一無(wú)所知。人們可以認(rèn)為它們完全相互獨(dú)立。因此，可以說(shuō)這兩個(gè)粒子共享的互信息為零。”
然而，在量子世界中，情況有所不同：如果粒子的行為是量子的，那么你可能無(wú)法再將它們相互獨(dú)立地考慮。它們?cè)跀?shù)學(xué)上是相互聯(lián)系的——你不能在不談?wù)摿硪粋€(gè)的情況下有意義地描述一個(gè)粒子。
“對(duì)于這種情況，長(zhǎng)期以來(lái)一直預(yù)測(cè)多體量子系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)之間共享互信息，”Mohammadamin Tajik 解釋道。“在這樣的量子氣體中，共享的互信息大于零，并且不取決于子系統(tǒng)的大小——而只取決于子系統(tǒng)的外邊界表面。”
這個(gè)預(yù)測(cè)在直覺(jué)上似乎很奇怪：在古典世界中，它是不同的。例如，一本書(shū)中包含的信息取決于它的體積——而不僅僅是書(shū)籍封面的面積。然而，在量子世界中，信息通常與表面積密切相關(guān)。
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