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量子相關與時空幾何之間的聯系

該學院的研究人員探討了地方在時空中分布的測量結果。他們的文章現已發表在自然雜志“ 量子信息”上。

地方是所有物理互動背后的基本原則。它說每個物理系統只能與其附近的其他系統進行交互,因此兩個遠程對象之間的交互必須由中介進行調解。例如,在無線電通信設備和移動電話的熟悉情況下,其在一定距離上發送和接收信息,中介的作用由電磁波起作用。粒子物理學告訴我們基本粒子的行為相似。當它們中的兩個相互施加力時,這不會瞬間發生在遠處,而是通過交換顆粒來局部地介導該力。交互局部性的一個重要結果是許多物理系統,如固體以及描述基本粒子的量子場,滿足所謂的“區域法”屬性。

愛麗絲和鮑勃

為了解釋這個屬性意味著什么,想象兩個觀察者Alice和Bob,它們對整個物理系統的組成部分進行測量。愛麗絲只能測量位于空間區域內的部分,這些部分被邊界與其余空間隔開; 而鮑勃可以對位于愛麗絲地區之外的部分進行測量。“區域法則”大致意味著Alice和Bob的測量結果相關的程度由將Alice的區域與Bob的區域分開的邊界區域確定,而不是由區域的體積決定。這有點令人驚訝,因為許多其他熱力學或信息量,例如能量或熵,通常與體積而不是所考慮區域的面積成比例。

新研究將這些結果擴展到時空中,其中Alice在一段時間內執行測量。結果:即使在時空中,表面定律也適用,相關強度取決于Alice執行測量的區域面積。圖片來源:IQOQI-Vienna,CC BY-NC-ND 2.0

量子力學和引力

雖然區域定律通常是根據空間區域來制定的(如我們的例子所示),但愛因斯坦的相對論(其中空間和時間統一到一個時空中)告訴我們物理學的正確描述應該是相互作用的。在時空是當地的。這提出了一個問題,即區域法律屬性是否可以推廣到時空區域。特別地,想象現在Alice被允許訪問限制在空間框中的系統的一部分有限時間,其中她可以執行多次測量,使得她的所有測量都在四維時空盒內執行。允許Bob在Alice的盒子之外的任何時間點訪問系統。在量子信息的新出版物中維也納奧地利科學院量子光學和量子信息研究所的研究人員調查了這個四維時空區域的邊界是否可以告訴我們關于愛麗絲和鮑勃測量結果之間相關程度的信息。

在文章中,作者表明,如果所考慮的物理系統由局部相互作用的粒子組成,則區域定律適用于時空區域。學術研究所的組長兼該研究的共同作者?aslavBrukner 評論說:“這項工作提供了量子相關和時空幾何之間的聯系。這些見解可能對未來理論統一量子力學和引力的發展有用。 “

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