量子相干在渐近与催化变换中的任意放大

量子相干是区分经典与量子理论的基本方面之一。不同能量本征态之间的相干尤为重要，因为它在能量守恒律下是一种宝贵资源。此设定下的一个基本问题是：人们能从低相干态多好地制备出良好相干态，以及给定相干态能否转换为另一相干态。在此，我们证明任意低相干态在两种操作设定——渐近变换与催化变换——下均可任意好地转换为任意高相干态。对于旨在在局域子系统中制备所需态的渐近相干操控的一种变体，无论初始相干多弱，变换率都变为无界。在带有催化剂（一种变换后局域上保持原状的辅助态）的非渐近变换中，我们证明任意态均可从任意低相干态获得。将此应用于标准渐近设定，我们发现催化剂可显著提升相干蒸馏率——从零到无穷速率。我们还证明此种反常变换需要在相关模式中具有微小但非零的相干，从而确立了操作能力发生锐变的条件。我们的结果给出了这些操作设定下相干可变换性的总体刻画，并展示了其相较于纠缠与量子热力学等其他常见资源理论的独特性质。