量子系综的不可克隆

现代量子物理如今已能在单条轨迹层面控制量子系统，开辟了连接量子信息论、量子多体物理与量子热力学的新前沿，并揭示了深度热化与测量诱导纠缠等非平衡新现象。然而，一个核心挑战依然存在：其表征依赖于测量单个量子态的非线性性质，这一任务等同于对量子系综进行细粒度克隆。本文研究了支配量子系综克隆的基本定律。首先，从信息论视角建立了任意系综的一般不可克隆定理，即使假设存在系综纯化的多份拷贝。随后证明，对于由有限时间演化生成的物理系综，该障碍可被意外规避。然而，我们证明这些任务在计算上仍然不可解，即使已知态制备的完整电路描述。这与依赖未知态的传统不可克隆定理形成鲜明对比。这些结果共同确立了量子力学的新基本原理，揭示了样本复杂度、计算复杂度与量子测量之间的内禀权衡，并强调了对测量诱导量子现象探测需采用特定问题策略的必要性。