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量子粒子如何交换信息?最近通过在 TU Wien 进行的实验验证验证了一个关于量子信息的有趣假设。

如果你要从人群中随机挑选一个身高明显高于平均水平的人，那么这个人很可能也会超过平均体重。这是因为，从统计学上讲，关于一个变量的知识通常可以让我们对另一个变量有所了解。

量子物理学将这些相关性提升到另一个层次，在不同的量之间建立更强大的联系：一个巨大的量子系统的不同粒子或部分可以“共享”特定数量的信息。这个有趣的理论前提表明，这种“互信息”的计算出人意料地不受系统总体积的影响，而仅受其表面的影响。

这一令人惊讶的结果已在 TU Wien 得到实验证实，并发表在《自然物理学》上。实验的理论输入及其解释来自加兴马克斯普朗克量子研究所、柏林联邦大学、苏黎世联邦理工学院和纽约大学。

量子信息：比经典物理学允许的连接更紧密

“让我们想象一个气体容器，小颗粒在其中飞来飞去，并以非常经典的方式表现得像小球体，”维也纳量子科学与技术中心 (VCQ) 的 Mohammadamin Tajik说。出版物。

“如果系统处于平衡状态，那么容器不同区域的粒子彼此之间一无所知。人们可以认为它们完全相互独立。因此，可以说这两个粒子共享的互信息为零。”

然而，在量子世界中，情况有所不同：如果粒子的行为是量子的，那么你可能无法再将它们相互独立地考虑。它们在数学上是相互联系的——你不能在不谈论另一个的情况下有意义地描述一个粒子。

“对于这种情况，长期以来一直预测多体量子系统的不同子系统之间共享互信息，”Mohammadamin Tajik 解释道。“在这样的量子气体中，共享的互信息大于零，并且不取决于子系统的大小——而只取决于子系统的外边界表面。”

这个预测在直觉上似乎很奇怪：在古典世界中，它是不同的。例如，一本书中包含的信息取决于它的体积——而不仅仅是书籍封面的面积。然而，在量子世界中，信息通常与表面积密切相关。