基于 longitudinal 束极化的 $e^+e^-$ 碰撞中fermion 双粒子量子态力学

我们present了对未来 $e^+e^-$ 碰撞器中fermion 双粒子产生进行量子态力学研究的工作，重点关注纵向束极化如何控制双量子比特自旋密度矩阵。我们研究了过程 $e^+ e^- \to t\bar{t},\ e^+e^-\to \mu^+\mu^-$ 和Bhabha散射 $e^+e^-\to e^+e^-$，分别代表质量阈值行为、$Z$ 极 resonance以及$s/t$ 通道相互作用。我们选择关注三个关键概念：通过concurrence $\mathcal{C}$衡量的量子纠缠、通过最优Clauser Horne Shimony Holt (CHSH) 参数 $\mathcal{B}$衡量的Bell非局域性，以及通过第二个稳压器 Renyi 熵 $\mathcal{M}_2$衡量的非稳压性（“magic”）。对于主导$s$ 通道的通道，纵向极化主要重塑单自旋极化，而保持自旋相关矩阵基本不变，使得$\mathcal{C}$和$\mathcal{B}$相对稳健，但引起$\mathcal{M}_2$显著变化。相反，在Bhabha散射中，极化修改了$s$ 通道和$t$ 通道的相对贡献，可以显著影响所有三个可观测量。当包含统计不确定性和系统不确定性时，纠缠、Bell非局域性和magic的可观测性均超过$5\sigma$水平，确立了fermion 双粒子系统作为高能 leptonic 碰撞中量子信息研究的理想实验室。通过优化束极化，未来的 $e^+e^-$ 碰撞器将提供独特的机会来实验探索和影响粒子相互作用中的量子资源。