自然界的吝啬:量子多体系统中普遍存在的斯克鲁奇系综
量子模拟器的最新进展使得研究人员能够直接通过测量孤立量子多体系统的部分区域,获取其生成的纯态系综。这些投影系综编码了超越热力学期望值的精细信息,为研究量子热化现象提供了全新视角。在混沌动力学系统中,投影系综展现出被称为“深度热化”的普适统计特性。虽然无限温度系统会产生哈尔随机系综,但实际物理约束(如有限温度或守恒定律)需要更普适的理论框架。有研究表明,深度热化现象本质上由“斯克鲁吉系综”支配——这是一种与基础约束条件相容且具有最大熵的纯态分布。本文为该理论提供了严格论证。 为刻画这种普适行为,该团队引入斯克鲁吉k-设计(用于近似斯克鲁吉系综),并揭示其产生的三种物理机制:首先,仅通过长时间的混沌幺正演化即可形成全局斯克鲁吉设计,无需测量过程;其次,当全局态高度混杂时,对互补子系统进行测量会诱导产生局域斯克鲁吉设计;第三,当以高度混杂的基对互补系统进行测量时,任意纠缠态都会产生局域斯克鲁吉系综。通过多种多体系统的数值模拟,该团队发现相干性、纠缠度、非稳定特性及信息混杂是产生类斯克鲁吉行为的关键要素。这些研究成果共同建立了量子多体系统中最大熵态与信息吝啬性随机涌现的统一理论框架。
量科快讯
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