光谱小增量纠缠法:打破长程相互作用系统中的准多项式复杂度壁垒
量子复杂性如何从量子动力学中涌现出精细结构,这一根本性挑战随着量子模拟器和信息处理技术的发展而日益凸显。传统理论以李-罗宾逊界限为范式原则,虽为信息传播设定了速度上限,但其依赖于几何局域性假设。作为更普适的概念,“小增量纠缠定理”(SIE)被提出,为纠缠生成速率提供了普遍约束。然而SIE定理仅能限制纠缠总量,无法完整刻画纠缠的精细结构——这一关键问题始终悬而未解。本研究提出“谱纠缠强度”的新概念,用以捕捉算子的结构式纠缠能力,并据此建立新型“谱SIE定理”:我们推导出α≥1/2时Rényi纠缠增长的普适速度极限,揭示纠缠谱中存在稳健的1/s²拖尾现象。值得注意的是,当α=1/2时,该界限在定性和定量上均达到最优,确立了一个超越后纠缠增长将无界的普适阈值。这一结果不仅揭示了施密特系数的精细结构,更实现了基于截断的严格误差控制,从而建立了纠缠结构与计算复杂度之间的定量关联。基于此,我们的框架构建了绝热路径下的广义纠缠面积律,将量子多体物理的核心原理拓展至一般相互作用系统。在实际应用层面,我们证明一维长程相互作用系统对基态、时间演化态和热态都存在多项式键维数近似解,彻底解决了长期存在的准多项式间隙问题,表明此类系统可采用与短程模型相当的多项式复杂度进行模拟。特别地,通过控制Rényi纠缠,我们首次为含时密度矩阵重整化群算法推导出具有精度保证的严格界限。总体而言,这些研究成果拓展了SIE定理的适用范围,建立起揭示量子复杂性精细结构的统一框架。
