纠缠哈密顿量的量子模拟与谱学

纠缠是我们理解多体量子物质的核心。特别地，作为子系统约化密度矩阵本征值的纠缠谱，提供了强关联量子物质性质的独特足迹，从拓扑序的探测到量子临界系统的表征。然而，由于缺乏直接实验探测手段，纠缠谱的直接实验测量迄今仍难以实现。此处我们证明，基于公理化量子场论的 Bisognano-Wichmann (BW) 定理，广泛一类哈密顿量基态的纠缠谱可作为纠缠哈密顿量的量子模拟与谱学而直接获取。令人瞩目的是，该定理给出了纠缠哈密顿量的显式物理构造，被识别为具有空间变化耦合的所关注多体系统的哈密顿量。基于此，我们提出了一种即时、可扩展的纠缠哈密顿量实现方案，以及利用合成量子系统（包括光晶格中的原子和囚禁离子）对 Bisognano-Wichmann 哈密顿量进行谱学测量以对应纠缠谱。我们在多种模型上阐明并基准测试了该方案，涵盖从共形场论、拓扑序到量子相变等多样现象。