通过随机选择的测量，奥地利物理学家可以确定多粒子系统的量子纠缠。利用新开发的方法，量子模拟可以扩展到更多的量子粒子。在《科学》杂志上，研究人员报道了由因斯布鲁克的物理学家开发的这种方法的首次成功演示。

　　量子现象在实验上很难处理，随着系统规模的增加，工作量急剧增加。多年来，科学家们已经能够控制小量子系统并研究量子特性。这种量子模拟被认为是量子技术的早期应用，可以解决传统计算机模拟无法解决的问题。然而，用作量子模拟器的量子系统必须继续增长。许多粒子的纠缠仍然是一个难以理解的现象。奥地利科学院量子光学和量子信息研究所的Christian Roos解释说:“为了在实验室中操作一个由十个或更多粒子组成的量子模拟器，我们必须尽可能准确地描述系统的状态。”

　　到目前为止，量子态层析成像已经被用于表征量子态，用它可以完全描述系统。然而，这种方法涉及到非常高的测量和计算工作量，并且不适合具有超过六个粒子的系统。两年前，由Christian Roos领导的研究人员与来自德国和英国的同事一起，提出了一种非常有效的方法来表征复杂量子态。然而，这种方法只能描述弱纠缠态。去年，由Peter Zoller领导的理论学家提出了一种新方法，可以用来描述任何纠缠态，从而避免了这个问题。他们与实验物理学家雷纳·布拉特和克里斯蒂安·鲁斯及其团队一起，在实验室中演示了这种方法。

　　“新方法是基于对随机选择的单个粒子变换的重复测量。然后，测量结果的统计评估提供了有关系统纠缠程度的信息，”Peter Zoller团队的Andreas Elben解释说。奥地利物理学家在一个由真空室中排成一排的几个离子组成的量子模拟器中演示了这一过程。从一个简单的状态开始，研究人员让单个粒子在激光脉冲的帮助下相互作用，从而在系统中产生纠缠。来自量子光学和量子信息研究所的博士生Tiff Brydges解释说:“我们对每个离子进行500次局部变换，并重复测量总共150次，以便能够使用统计方法从测量结果中确定有关纠缠态的信息。”

　　在发表在《科学》杂志上的研究中，因斯布鲁克的物理学家描述了一个由十个离子组成的系统的动态发展，以及一个由二十个离子链中的十个离子组成的子系统。“在实验室里，这种新方法对我们帮助很大，因为它使我们能够更好地理解我们的量子模拟器，例如，更精确地评估纠缠的纯度，”克里斯蒂安·鲁斯说，他认为这种新方法可以成功地应用于拥有多达几十个粒子的量子系统。

　　这项科学研究发表在《科学》杂志上，并得到了欧洲研究委员会ERC和奥地利科学基金FWF的财政支持。彼得·佐勒强调说:“这篇论文再次展示了因斯布鲁克理论物理学家和实验物理学家之间富有成效的合作。”“在因斯布鲁克大学和奥地利科学院量子光学和量子信息研究所，来自这两个领域的年轻研究人员发现了非常好的研究工作条件，在世界范围内具有竞争力。”

　　通过随机测量探测Renyi纠缠熵。Tiff Brydges, Andreas Elben, Petar Jurcevic, Benoit Vermersch, Christine Maier, Ben P. Lanyon, Peter Zoller, Rainer Blatt, Christian F. Roos。科学2019

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