1实验物理系,欧洲核子研究中心,1211 日内瓦,瑞士
2Departamento de Física de Materiales, Universidad Complutense de Madrid, E-28040 马德里, 西班牙
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抽象
顶夸克代表了独特的高能系统,因为它们的自旋相关性可以被测量,因此可以在高能对撞机上用量子比特研究量子力学的基本方面。 我们在这里展示了在高能对撞机中通过量子色动力学 (QCD) 产生的顶反顶 ($tbar{t}$) 夸克对的量子态的一般框架。 我们认为,一般来说,可以在对撞机中探测的总量子态是根据产生自旋密度矩阵给出的,这必然会产生混合态。 我们计算了由最基本的 QCD 过程产生的 $tbar{t}$ 对的量子态,发现在相空间的不同区域存在纠缠和 CHSH 违规。 我们表明,$tbar{t}$ 对的任何实际强子产生都是这些基本 QCD 过程的统计混合。 我们专注于在 LHC 和 Tevatron 上进行的质子 - 质子和质子 - 反质子碰撞的实验相关案例,分析量子态与碰撞能量的依赖性。 我们为纠缠和违反 CHSH 的签名提供了实验性的可观察值。 在大型强子对撞机上,这些特征是通过对单个可观测的测量给出的,在纠缠的情况下,它代表了对柯西-施瓦茨不等式的违反。 我们将文献中提出的 $tbar{t}$ 对的量子断层扫描协议的有效性扩展到更一般的量子态,以及任何生产机制。 最后,我们认为在对撞机中测量的 CHSH 违反只是违反贝尔定理的一种弱形式,必然包含许多漏洞。
热门摘要
在这里,我们介绍了 $tbar{t}$ 对的量子态的一般形式,这是双量子位态的独特高能实现。 值得注意的是,一旦每个 $tbar{t}$ 生产过程的概率和密度矩阵被高能理论计算出来,我们就只剩下一个典型的量子信息问题,涉及到两个量子比特量子态的统计混合。 这一重要观察激发了这篇文章的教学介绍,该文章在真正的量子信息方法中得到充分发展,旨在使其易于被一般物理学界理解。
我们讨论了量子信息概念的实验研究,例如纠缠、CHSH 不等式或顶夸克的量子断层扫描。 有趣的是,在大型强子对撞机 (LHC) 上,可以通过对单个可观测的测量来检测纠缠和 CHSH 违规,在纠缠的情况下具有很高的统计意义。
在大型强子对撞机上实施这些测量为在高能对撞机上研究量子信息铺平了道路。 由于它们真正的相对论行为、所涉及的对称性和相互作用的奇异特征以及它们的基本性质,高能对撞机对于这类研究来说是极具吸引力的系统。 例如,所提出的纠缠检测将代表有史以来第一次检测到一对夸克之间的纠缠,也是迄今为止对纠缠的最高能量观测。
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