把纠缠颠倒过来

　　来自的里雅斯特和因斯布鲁克的一组物理学家提出了一个惊人的简单想法来研究许多粒子的量子纠缠。他们没有深入挖掘量子波函数的特性——众所周知，这些特性很难通过实验获得——而是提出实现由相应的纠缠哈密顿量控制的物理系统。

　　量子纠缠形成了第二次量子革命的核心:它是用于理解量子物质形式的关键特征，也是当前和未来量子技术的关键资源。物理上，纠缠的粒子不能被描述为具有确定状态的单个粒子，而只能被描述为一个单一的系统。即使粒子相隔很远，一个粒子的变化也会立即影响到另一个粒子。单个粒子的纠缠——无论是光子、原子还是分子——是当今实验室日常生活的一部分。在多体物理学中，继李和霍尔丹的开创性工作之后，纠缠的典型特征是所谓的纠缠谱:它能够捕捉集体量子现象的基本特征，如拓扑秩序，同时，它允许量化给定状态的“量子”——也就是说，简单地在经典计算机上写下它是多么具有挑战性。

　　尽管它很重要，但测量纠缠谱的实验方法很快就达到了极限——直到今天，这些光谱只在少数量子比特系统中被测量过。随着粒子数量的增加，随着当前技术的复杂性呈指数级增长，这种努力变得毫无希望。

　　来自意大利的里雅斯特国际理论物理中心(ICTP)的Marcello Dalmonte解释说:“今天很难进行一个超越几个粒子的实验，让我们对纠缠光谱做出具体的陈述。”他与因斯布鲁克大学理论物理系的Peter Zoller和奥地利科学院量子光学与量子信息研究所(IQOQI)的benot Vermersch一起，发现了一种令人惊讶的简单方法来直接研究量子纠缠。物理学家们颠覆了量子模拟的概念，不再在量子模拟器中模拟某个物理系统，而是直接模拟其纠缠哈密顿算子，其激发谱与纠缠谱直接相关。

　　展示量子优势

　　Marcello Dalmonte解释说:“我们不是在实验室里模拟一个特定的量子问题，然后试图测量纠缠特性，我们建议简单地翻转桌子，直接实现相应的纠缠哈密顿量，这可以直接和简单地获得纠缠特性，比如纠缠谱。”“在实验室中探测这个算子在概念上和实践上都和探测传统的多体光谱一样简单，这是一个成熟的实验室常规。”此外，就量子系统的大小而言，这种方法几乎没有任何限制。这也可以用于研究多粒子系统中的纠缠谱，这在经典计算机中是出了名的具有挑战性。Dalmonte、Vermersch和Zoller在《自然物理》杂志上发表的一篇最新论文中描述了这种全新的方法，并在许多实验平台上展示了它的具体实现，比如原子系统、捕获离子和基于超导量子比特的固态系统。

　　这项工作得到了奥地利科学基金FWF和欧盟等机构的财政支持。

　　纠缠哈密顿量的量子模拟与光谱学。Marcello Dalmonte, benot Vermersch, Peter Zoller。Nature Physics 2018 DOI: 10.1038/s41567-018-0151-7

　　因斯布鲁克大学量子光学理论小组

　　能得到理论物理中心