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量子相关与时空几何之间的联系

该学院的研究人员探讨了地方在时空中分布的测量结果。他们的文章现已发表在自然杂志“ 量子信息”上。

地方是所有物理互动背后的基本原则。它说每个物理系统只能与其附近的其他系统进行交互,因此两个远程对象之间的交互必须由中介进行调解。例如,在无线电通信设备和移动电话的熟悉情况下,其在一定距离上发送和接收信息,中介的作用由电磁波起作用。粒子物理学告诉我们基本粒子的行为相似。当它们中的两个相互施加力时,这不会瞬间发生在远处,而是通过交换颗粒来局部地介导该力。交互局部性的一个重要结果是许多物理系统,如固体以及描述基本粒子的量子场,满足所谓的“区域法”属性。

爱丽丝和鲍勃

为了解释这个属性意味着什么,想象两个观察者Alice和Bob,它们对整个物理系统的组成部分进行测量。爱丽丝只能测量位于空间区域内的部分,这些部分被边界与其余空间隔开; 而鲍勃可以对位于爱丽丝地区之外的部分进行测量。“区域法则”大致意味着Alice和Bob的测量结果相关的程度由将Alice的区域与Bob的区域分开的边界区域确定,而不是由区域的体积决定。这有点令人惊讶,因为许多其他热力学或信息量,例如能量或熵,通常与体积而不是所考虑区域的面积成比例。

新研究将这些结果扩展到时空中,其中Alice在一段时间内执行测量。结果:即使在时空中,表面定律也适用,相关强度取决于Alice执行测量的区域面积。图片来源:IQOQI-Vienna,CC BY-NC-ND 2.0

量子力学和引力

虽然区域定律通常是根据空间区域来制定的(如我们的例子所示),但爱因斯坦的相对论(其中空间和时间统一到一个时空中)告诉我们物理学的正确描述应该是相互作用的。在时空是当地的。这提出了一个问题,即区域法律属性是否可以推广到时空区域。特别地,想象现在Alice被允许访问限制在空间框中的系统的一部分有限时间,其中她可以执行多次测量,使得她的所有测量都在四维时空盒内执行。允许Bob在Alice的盒子之外的任何时间点访问系统。在量子信息的新出版物中维也纳奥地利科学院量子光学和量子信息研究所的研究人员调查了这个四维时空区域的边界是否可以告诉我们关于爱丽丝和鲍勃测量结果之间相关程度的信息。

在文章中,作者表明,如果所考虑的物理系统由局部相互作用的粒子组成,则区域定律适用于时空区域。学术研究所的组长兼该研究的共同作者?aslavBrukner 评论说:“这项工作提供了量子相关和时空几何之间的联系。这些见解可能对未来理论统一量子力学和引力的发展有用。 “

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