受非阿贝尔对称性约束的量子态随机化
从幺正量子动力学中涌现出的随机性是横跨多个学科的核心问题,涉及统计力学基础、量子算法乃至量子计算等诸多领域。物理系统总会受到各种约束——从简单的标量对称性到更复杂的非阿贝尔对称性——这些约束限制了希尔伯特空间的可达区域,阻碍了纯随机态的生成。该研究团队证明,对于具有SU(2)等非对易对称性的系统,幺正动力学下可实现类哈尔随机化的程度主要受限于态初始化的实验条件(尤其是低纠缠初始态),而非对称性约束的动力学本身。具体而言,研究发现只要初始态匹配哈尔系综中守恒算符的对应统计矩(即在有限态副本条件下实验可测的统计矩),原则上时间演化态能在有限统计矩层面复现类哈尔行为。但对于可编程量子系统中常用的无纠缠初始态,这一条件无法满足。因此即使在强量子混沌区域渐近长时间演化后,通过纠缠熵等测量仍可区分末态与哈尔随机态,且偏离哈尔行为的程度随系统尺寸增大保持有限值。该工作量化了可达到的最大纠缠熵,并确定了能产生最高熵末态的无纠缠初始条件。这些结果表明,非阿贝尔对称性结构与态制备的实验约束共同作用,会显著限制系统在长时间演化后可达的类哈尔随机化程度。

