物理学家们开发了简化的公式，以量化强相关电子系统中的量子纠缠。他们的方法应用于纳米材料，揭示了意想不到的量子行为，并识别了近藤效应的重要量量。这些发现推动了对量子技术的理解。
曾被爱因斯坦描述为“远距离的异常作用”，量子纠缠在新研究结果的背景下可能看起来没有那么可怕。
大阪市立大学的物理学家开发了新的更简单的公式，以量化强相关电子系统中的量子纠缠，并将其应用于研究几种纳米尺度材料。他们的结果为具有不同物理特性的材料中的量子行为提供了新的视角，促进了量子技术的进步。
量子纠缠是一种独特现象，其中两个粒子在连接后，无论相隔多远，始终保持联系。这一基本特性在量子计算和量子加密等新兴技术中发挥着重要作用。
尽管在理解这一被称为“神秘现象”的过程中取得了显著进展，科学家们仍然发现自己陷入了其复杂性之中。
“大多数先前的研究主要集中在具有磁性或超导性材料中量子纠缠的普遍特性，”大阪市立大学科学研究生院讲师、该研究的主要作者西川淳理说。
该团队则采取了局部方法：他们关注于强相关电子系统中一或两个任意选择的原子之间的量子纠缠及其周围环境（系统的其它部分）。
强相关电子系统是电子相互作用主导系统行为的材料，导致丰富、复杂且通常高度纠缠的量子态。这些系统为探索量子纠缠提供了肥沃的土壤。
研究人员推导出用于计算关键量子信息量的公式，包括纠缠熵（量化系统的纠缠程度）、互信息（测量系统两个部分之间共享的信息）和相对熵（衡量量子态之间差异）。这些量量对于理解量子系统不同部分如何相互作用和影响至关重要。
“当我们发现纠缠熵的公式可以以一种惊人简单的表达方式呈现时，感到非常惊喜，”西川说。
为了测试他们的方法，团队将公式应用于不同的材料系统，包括线性链排列的纳米尺度人工磁性材料和稀磁合金。他们的分析揭示了纳米尺度人工磁性系统中量子纠缠的反直觉模式。在稀磁合金中，他们成功识别了量子相对熵作为捕捉近藤效应的关键量量，该现象是指磁杂质被导电电子屏蔽。
“纳米尺度人工磁性材料中量子纠缠的行为超出了我们最初的预期，为理解量子相互作用开辟了新途径，”西川说。
这项研究为更深入地探索量子纠缠铺平了道路，可以推动量子技术的进步。
“我们的公式也可以应用于具有各种其它物理属性的系统，”西川说。“我们希望激发更多研究，并为不同材料中量子行为提供新的见解。”
*计算纠缠熵的公式如下：
S=-n↑n↓logn↑n↓–h↑h↓logh↑h↓–n↑h↑logn↑h↑–n↓h↓logn↓h↓
其中 𝑛↑、𝑛↓ 是上自旋和下自旋电子的数量，h↑、h↓ 是目标原子内上洞和下洞（算子）的数量。
