辛相干性:量子态中位置-动量关联性的度量

海森堡不确定性原理所揭示的位置与动量间的相互依存关系,是量子物理学的基石之一。然而,位置-动量关联性迄今鲜见系统性研究。受近期玻色子量子物理进展的启发——该系列研究揭示了这类关联在量子热力学、计量学及计算中的重要意义,该研究团队建立了量化量子态中位置-动量关联的通用框架。团队提出“辛相干度”这一可靠且易计算的度量,其定义为协方差矩阵中编码位置-动量关联区块的弗罗贝尼乌斯范数,并证明该度量在相关操作下具有单调性,且对小扰动保持稳健。通过Barthe等人(《物理评论快报》134卷070604期)近期建立的映射方法——将玻色子态协方差矩阵与有限维系统的密度矩阵相关联,研究人员揭示出位置-动量关联对应于虚拟有限维量子态中的超经典关联,辛相干度则自然映射为几何量子失谐度。在能量约束条件下,团队确定了固定能量可达到的最大位置-动量关联,揭示了相应最优态的结构特征。最后,通过量子信息任务和量子热力学中的多个案例,该工作论证了辛相干度的操作意义。研究过程中,团队在矩阵范数与量子协方差矩阵方面取得新进展,并确立了将协方差矩阵视为虚拟量子态密度矩阵这一概念的重要价值。

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