摘要：一个研究团队最近开发了一种新颖的量子物理学算法，称为“纠缠显微镜”，该算法可以以微观量表的范围可视化和映射这种非凡现象。通过放大纠缠粒子的复杂相互作用，可以揭示量子物质的隐藏结构，从而揭示可以改变技术并加深对宇宙的理解的见解。...

量子纠缠 - 一种现象，无论它们是多远的现象，即粒子都会神秘地联系在一起 - 在物理世界中提出了长期的挑战，尤其是在理解复杂量子系统中的行为方面。

香港大学物理系（HKU）及其合作者的一个研究团队最近开发了一种新颖的量子物理学算法，称为“纠缠显微镜”，可在微观范围内可视化和映射这种非凡现象。通过放大纠缠粒子的复杂相互作用，可以揭示量子物质的隐藏结构，从而揭示可以改变技术并加深对宇宙的理解的见解。

这项研究由Zi Yang Meng教授领导，由他的博士生Ting-tung Wang和HKU物理学系的Menghan Song与Montreal大学的William Witczak-Krempa和Phd Student Lyu教授合作，在许多人的量词中，在许多量子的范围内，在蒙特利亚大学的量子量身定期，并在蒙特利亚大学合作。他们的发现最近发表在《杂志》上自然通讯。

绘制量子纠缠的突破

量子纠缠描述了粒子之间的深度联系，其中一个粒子的状态即使在较大的距离上也立即与另一个粒子联系在一起。想象一下，在不同的位置滚动两个骰子 - 量子纠缠就像发现一个模具的结果总是决定另一个骰子，无论它们的相距多远。这种现象被艾伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）著名地称为“远处的怪异动作”，不仅是一种理论上的好奇心，而且是基础技术，例如量子计算，密码学，以及对外来材料和黑洞的研究。然而，由于自由呈指数级，在分析和数值上获得量子多体系统中的纠缠信息本质上很难。

研究人员通过开发“纠缠显微镜”来应对这一挑战，这是一种基于大规模量子蒙特卡洛模拟的创新协议，可以成功提取量子系统小区域中的量子纠缠信息。通过关注这些微观区域，该方法揭示了粒子如何以复杂的方式相互作用和组织自己，尤其是量子相变的关键点附近 - 特殊状态 - 量子系统经历了行为的深刻变化。

他们的探索集中在二维上的两个突出模型上：横向磁场模型和费米子T-V模型，实现了Dirac Fermions的总体纽瓦瓦过渡，每个模型都揭示了对量子纠缠的性质的迷人见解。他们发现，在Ising量子临界点，纠缠是短距离的，这意味着粒子仅在小距离上连接。由于距离或温度的变化，这种连接可能会突然消失 - 这种现象称为“猝死”。相比之下，他们对费米子过渡的研究表明，即使在较大的分离下，纠缠也更逐渐下降，表明尽管距离分开很远，颗粒仍可以保持连接。

有趣的是，小组发现，在二维Ising过渡中，没有三方纠缠，但在一维系统中存在。这意味着系统维度显着影响纠缠行为。为了简化，低维系统类似于一小群朋友，那里的深度连接（复杂的多粒子纠缠）更有可能。相反，高维系统，与较大，更复杂的社交网络相当，通常会抑制这种联系。这些发现提供了对纠缠结构如何随着系统复杂性的增加而改变的重要理解。

应用和影响

这一突破对推进量子技术具有重要意义。通过提供对纠缠的清晰了解，它可以帮助优化量子计算硬件和算法，从而在加密和人工智能等领域更快地解决问题。它还为设计下一代量子材料设计带有能量，电子和超导性的量子打开了大门。此外，该工具可以加深我们对基本物理学的理解，并改善化学和生物学中的量子模拟。