科研人员在量子计算研究中实现随机混态的纠缠相变测试

随机量子状态指的是在整个希尔伯特空间中均匀分布的量子状态，由于希尔伯特空间的维数随着比特数指数增长，在实验上制备和观测多比特的随机量子态是较为困难。

同时，随机态在黑洞物理等领域备受关注。有一些理论工作预测，将随机态划分为系统和环境两部分，改变环境和系统的相对大小，系统内会出现纠缠相变。然而，这种纠缠相变需要用到纠缠负度（negativity）来刻画，而对于多比特纠缠系统，这一实验测量颇为困难。同时考虑到多比特随机量子态制备的挑战性，这种纠缠相变未在实验上被科学家实现和观测。

该团队通过基于全连通芯片上特有的全局纠缠逻辑门以及随机单比特逻辑门所构建的伪随机线路来实现随机量子态的制备。由于这种全局纠缠门具有较强的纠缠能力，实验上通过较浅的伪随机线路就可以制备出包含最多15个比特的随机态，进而采用量子态层析法获得6比特的密度矩阵，实验上便不可避免的得到待研究流体系统不同组分间的所有纠缠负度相关性谱和非线性系统的对数负度。

实验数据表明，纠缠负度谱的分布会随着环境和系统的大小而变化，实现了从无纠缠相，到最大纠缠相和纠缠饱和相三种不同的纠缠特征，从而实现了纠缠相变的观测。其中，最大纠缠相和纠缠饱和相可以利用对数负度的行为来区分。在特定的环境大小下，系统间的纠缠满足Page提出的体积律即是最大纠缠相，而在子系统不同划分下，对数负度达到一定值后饱和则为纠缠饱和相。一般情况下，对数负度越大，纠缠度越大，但是对数负度也有一定的限制，如果超过一定值，则会导致系统的崩溃。

（编辑：银川站长网）

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