韦尔-雷尼熵与多体纠缠的精确关系

量子纠缠是理解量子多体系统中关联效应和涌现现象的核心。对于N个量子比特(可区分的自旋1/2粒子)构成的纯态而言,多体纠缠通常通过子系统约化密度矩阵的纯度来表征,即该约化密度矩阵平方的迹。然而,该方法依赖于子系统的选择。本研究团队建立了韦尔-瑞尼熵(WRE)S_W^(2)——即系统整体Husimi函数二阶瑞尼熵——与所有可能子系统纯度之间的精确关系。具体而言,该团队证明了关系式e^(-S_W^(2))=(6π)^(-N)∑_A Tr[ρ̂_A^2],其中A表示具有约化密度矩阵ρ̂_A的子系统,求和涵盖所有2^N种可能子系统。进一步,研究人员提出可通过具体实验方案测量WRE。因此,WRE为N量子比特纯态提供了一种与子系统选择无关、且具实验可测性的整体纠缠表征方法。该方法适用于强关联自旋体系研究,特别是那些不存在自然子系统划分的全耦合系统,例如光镊阵列中天然原子或超导量子电路实现的体系。该工作还解析推导了几类代表性多体态的WRE,包括Haar随机态、GHZ态和W态。
提交arXiv: 2025-09-19 14:43

量科快讯