许多著名的实验表明，观察量子系统的简单行为就能改变系统性质，这种现象被称为“观察者效应”，例如当有人窥视薛定谔猫的盒子后，它要么死，要么活(但不再是两者都活)。观察破坏了猫状态的叠加，换句话说，破坏了描述猫处于两种状态概率的波函数。在一篇新研究论文中，物理学家进一步研究了测量如何影响量子纠缠，在这种情况下，量子纠缠相当于一个系统处于叠加状态的程度。
以前的研究表明，当一个量子系统在没有任何外界干扰的情况下独自演化时，它的纠缠度往往会增加。也就是说，随着时间的推移，量子系统趋向于漂移到具有大量量子叠加的状态。另一方面，对纠缠态进行测量往往会减少纠缠，这是因为对自旋状态的测量(例如)将自旋折叠成确定状态，从而使自旋与其他自旋脱离，而其他自旋的状态仍处于叠加状态，这整体上减少了系统中的纠缠量。在新研究中，物理学家们通过计算机模拟和理论论证证明：
当以超过临界值的速率进行测量时，会发生由测量引起的相变。这导致系统从纠缠量随时间不断增长的“纠缠”阶段急剧过渡到“解纠缠”阶段，在这一阶段仍然存在一些纠缠，但增长速度降至零。麻省理工学院的布莱恩·斯金纳(Brian Skinner)、麻省理工学院和巴伊兰大学的乔纳森·鲁曼(Jonathan Ruhman)、牛津大学的亚当·纳胡姆(Adam Nahum)等物理学家在新一期《物理评论X》(Physical Review X)上发表了关于纠缠相变的研究。
物理学的一大成功之处在于，它能够描述相变现象——当某些外部参数发生变化时，物质性质的突然变化，就像水在降到0摄氏度以下时突然冻结成冰。现在已经证明，同样的情况也适用于量子纠缠的动力学过程。也就是说，纠缠生长的动力学性质也有一个相变作为一个外部参数函数，这是测量发生的速率，对我们来说，这是一个美丽而令人惊讶的组合！基于渗透理论中一个著名的问题——“破坏电阻网格”，开发了一个测量诱发相变的模型。
在这个问题中，破坏者试图找到最小数量的键(称为“最短路径”或“最小切割”)来切割电网，以便完全断开网络。研究表明，计算量子系统纠缠熵的问题等价于这个优化问题，其目标是在一个无序的网络中找到一个最小的切割，该网络将网络分成两部分。在纠缠系统中，网络代表量子系统，每一次测量代表断开一个键。系统中的纠缠度由网络中最小切割的大小决定，即为将系统与网络的其余部分分开，必须断开未断开键的总数。
从某种意义上说，这个数字说明了在一个纠缠系统转变为解纠缠阶段之前可以进行的测量频率。由于不同网络具有不同的键数和键的排列方式，不同系统的临界测量速率也不同。物理学家们希望，理解这种测量引发的纠缠动力学相变，可能对发展量子系统模拟有有益的启示。纠缠态在确定经典计算机上模拟量子动力学的难度方面起着重要作用。因此，纠缠-解纠缠相变的存在意味着模拟中存在一个易变难的相变。这可能使研究人员能够更好地预测模拟难度，并寻找更简单的替代方案。
研究发现对于用经典计算机模拟量子系统有多难这个问题有着直接的意义。这对量子计算方案可能也很重要，因为量子计算方案往往依赖于维持长期纠缠。在未来，研究人员计研究模型有多普遍。从数学上描述量子纠缠有不同的方法，其中一种描述与经典的渗流问题完全相似。但目前还不清楚这个类比有多普遍，以及其他描述纠缠的方式是否属于同一个“普遍性类”。目前首要任务是确定这个类比是否只是在一些人为设计的情况下适用近似类比，还是在广泛的描述和实验设置中完全通用。
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参考期刊《物理评论X》
DOI: 10.1103/PhysRevX.9.031009
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