量子系统在相互作用势参数空间中的纠缠、可分离性与关联拓扑

标准的形式量子理论基于这样一种信念：两个相互作用的量子系统的状态可以以要么是纠缠态（例如在测量或退相干情况下），要么是可分离态（例如在门操作情况下），通过两种不同的过程演化，这正如冯·诺伊曼所建议的那样，尽管关于这些过程的物理意义知之甚少。本工作通过探索其相互作用势参数空间中两个相互作用量子系统的关联拓扑，揭示了过程-1 和过程-2 并非不同的物理相互作用类型，而是取决于相互作用参数的结果是纠缠态还是可分离态。然而，在能量守恒限制下，不能通过连续变化这些相互作用参数而在拓扑空间中从一个最大纠缠态到达另一个最大纠缠态而不跨越一个中间可分离态，反之亦然。尽管如此，展示了通过违反能量守恒利用能量-时间不确定性或催化剂可分离辅助态来实现最大纠缠态。该工作探讨了所需的相互作用势来将一个量子比特状态在整个布洛赫球面上旋转，从而揭示了一种避免其状态坍缩测量量子比特相位的新方法。进一步说明了通过对一个空间类远端纠缠量子比特进行局部单位变换来受控地操控其非局域纠缠程度。将过程-1 和过程-2 基于相互作用势的泛化以创建纠缠或可分离性，建议需要重新审视基本量子悖论和其他量子限制，包括退相干，以推动整个量子技术领域的发展。