德国科学家证实，通用盗用特性并非热力学极限所独有，它已在庞大但有限的费米子系统中显现。

在量子物理学中，纠缠以超越逻辑的方式将粒子在空间中连接起来。然而，还有一种比纠缠更鲜为人知却更为奇妙的现象，它被称为“量子盗用（quantum embezzlement）”。

这种现象发生在一个系统悄无声息地为另一个系统提供纠缠，帮助后者改变自身状态，而自身却不受影响之时。这有点像从广阔的海滩上悄悄借几粒沙子来建造一座小小的沙堡。海滩看似完好无损，但沙子却被使用了。

多年来，科学家们认为这种完美纠缠的系统仅存在于理论中。然而，德国汉诺威莱布尼茨大学研究人员的一项新研究表明，盗用可以在一种称为“临界费米子链（critical fermion chains）”的量子材料中自然发生。

临界费米子链是由费米子（一种亚原子粒子）构成的一维系统，它们处于两个相之间的转变点。在这个点上，它们变得高度敏感，并展现出长程量子纠缠。

在临界费米子链这样的真实物理系统中发现盗用现象意义重大，因为它有助于开发依赖于纠缠并涉及大规模量子信息传输的鲁棒技术。

在费米子中发现盗用

那么，是什么让量子盗用如此奇特？通常，在量子物理学中使用一种资源（如高度纠缠的系统）时，你会预期其状态会发生变化。然而，盗用则像是使用一块“永不枯竭的魔法电池”来驱动某个过程，电池本身却不会耗尽。

要使这成为可能，该资源必须具有极强的纠缠性，以至于许多科学家曾怀疑这样的系统能否在物理上真实存在。它似乎过于理想化，不像真的。

此外，这里所说的盗用是通用的（universal），意味着资源系统可以帮助创造任何纠缠态，而不仅仅是特定的某几种。它适用于许多不同的场景，而非仅针对某个特例。

该研究的作者们决定探究这种通用盗用是否真的能在真实的物理系统中发生。他们首先聚焦于临界费米子链，并且研究人员没有处理小型、可控的系统，而是直接利用物理学家所称的“热力学极限（thermodynamic limit）”来研究无限大的系统。

不仅限于无限系统的特性

在此设定下，他们将系统分成左右两半，并研究它们之间的纠缠。令人惊讶的是，他们发现这些半链满足该团队在早期工作中定义的通用盗用的严格标准。简而言之，左右两侧的纠缠程度足以充当完美的“盗用者”。

研究人员能够利用它们来协助纠缠其他系统。更令人印象深刻的是，该团队证明这种效应不仅仅是无限系统独有的奇特属性。

当他们研究庞大但有限的费米子链（这种系统未来可在实验室构建）时，科学家们仍然发现了近似盗用（approximate embezzlement）的有力证据。这意味着这不仅仅是一种理论现象。在合适的条件下，真实材料可能已经在进行这种操作了。

“最终，我们证实通用盗用特性并非热力学极限所独有，它已在庞大但有限的费米子系统中显现，”该研究的第一作者、汉诺威莱布尼茨大学的物理学家劳里茨·范·路易克（Lauritz van Luijk）说。

扎实的发现，但目前纯属理论

这一发现改写了关于纠缠如何在物理系统中表现的规则。它表明量子盗用并非一种脆弱或奇异的现像，而是真实系统中存在的鲁棒特性。

未来，这可能帮助科学家们发现量子计算机中传输纠缠的新方法，改进模拟量子材料的手段，甚至发现新的物质状态。

然而，目前的工作完全停留在理论层面。“虽然我们的工作表明临界自旋链可以‘盗用’纠缠，但它并未提供具体如何操作的方法，”路易克说。该研究并未提供在实践中实际执行盗用的途径。

该研究的作者们目前正在研究利用高斯操作（Gaussian operations）（一种更容易用现有技术实现的量子操作）的协议。他们希望这些协议能帮助他们将盗用从理论转变为实验上可实现的东西。

该研究发表在《自然·物理学》期刊上。

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