科学家首次证实量子场论预测可显著提高对量子材料中纠缠的研究和理解

为了描述大型量子系统并从中提取有关纠缠的信息，需要进行大量的测量。 一种新开发的更有效的描述方法使研究人员能够仅通过最少的测量次数从系统中提取纠缠信息。

在 51 粒子离子阱量子模拟器中，研究人员对真实材料逐个粒子进行建模，并在受控实验室环境中对其进行研究。 在此过程中，研究人员首次目睹了此前仅在理论上描述过的效应。

在量子材料中，粒子可以或多或少地强烈纠缠。 强纠缠粒子的测量只能产生随机结果。 如果测量结果波动较大，这种现象称为“热”； 如果某种结果的概率增加，那么它就是一个“冷”量子物体。 只有对所有纠缠物体的测量才能揭示准确的状态。 在由很多粒子组成的系统中，测量工作量显着增加。 量子场论预测，由许多纠缠粒子组成的系统的子区域可以分配一个温度分布。 这些分布可用于推断颗粒的缠结程度。

在因斯布鲁克大学的量子模拟器中，这些温度分布是通过计算机和量子系统之间的反馈回路确定的，计算机不断生成新的分布并将其与实验中的实际测量结果进行比较。 研究人员获得的温度分布表明，与环境强烈相互作用的粒子是“热”的，而仅轻微相互作用的粒子是“冷”的。

这项研究与预期完全一致，即当粒子之间的相互作用很强时，纠缠尤其强烈。 这种新方法为研究相关量子物质中的大规模纠缠提供了强大的工具，并为使用现有的量子模拟器研究一类新的物理现象打开了大门。