多量子比特与多体系统中的复杂性

研究人员对n-量子比特系统及多体系统的复杂性进行了研究。针对n-量子比特系统,通过定义特定复杂性参量——即二阶Rényi熵与香农熵的差值,成功识别了由退极化与退相干效应引起的扰动。该复杂性参量已被证实能有效表征系统状态随外部参数变化的演化规律,具有重要的信息提取功能。 在退极化效应建模中,量子系统以概率p被完全可分离(即经典)态替代,同时以概率1-p保持原态;而退相干效应则通过以概率p破坏密度矩阵对应非对角元来模拟。研究发现,两种情况下最大复杂性标记的状态,恰好界定了系统量子性最强与经典性最强的边界。 进一步研究表明:对于采用变形随机矩阵系综建模的多体系统、变形二体随机相互作用系综,以及存在多体局域化转变的一维随机局域磁场海森堡自旋链系统,最大复杂性状态均标志着系统从可积性到完全量子混沌的跨越点或相变点。此外,该工作还提出通过多体系统激发态存活概率,可识别大量量子混沌态集合中热化特性的转变临界点。 这些研究成果共同表明:基于冯·诺伊曼熵与二阶Rényi熵构建的复杂性参量,能有效检测系统何时处于可积性/局域化与量子混沌/遍历行为之间的临界状态。因此,该参量可作为多量子比特态及多体量子态的重要诊断工具。

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