量子世界中的“双重资源”：纠缠与非稳定性的协同效应

量子资源的“双支柱”

量子态的价值取决于两种核心特性：纠缠（entanglement）和非稳定性（nonstabilizerness）。纠缠如同量子系统间的隐形纽带，使得相隔甚远的粒子能瞬间影响彼此；而非稳定性则衡量一个量子态偏离“稳定态”（stabilizer states）的程度——稳定态是一类能被经典计算机高效模拟的特殊量子态。单独来看，这两种特性各有局限：高度纠缠的态未必适合计算，而单纯的非稳定性也无法保证量子优势。只有当二者协同存在时，量子态才能成为通用计算的资源。

量子非局域非稳定性（NN）的提出

复旦大学团队提出的“量子非局域非稳定性”（Quantum non-local nonstabilizerness, NN）概念，首次将这两种资源统一量化。就像用pH值同时反映酸性和碱性，NN通过数学框架捕捉纠缠与非稳定性的联合效应。对于最简单的两比特纯态，NN能精确计算并与纠缠谱直接关联；而对于混合态或多体系统，NN则通过扩展定义揭示更深层的量子特性。

探测量子相变的新工具

在量子多体系统中，NN展现出独特的物理意义。研究发现，临界态（即处于相变点的量子系统）中的两点NN会呈现幂律衰减。这一规律使其成为探测相变的新探针——就像通过冰的融化速度判断水温是否达到临界点。传统方法依赖纠缠熵等单一指标，而NN通过双重维度提供了更丰富的相变信息。

测量引发的“非稳定性交换”

更令人惊奇的是，当对量子系统进行测量时，NN会表现出反常行为：测量后的NN衰减速度可能比测量前的任何关联都慢。这种现象被命名为“非稳定性交换”（nonstabilizerness swapping），其发生需要两个条件：一是存在纠缠交换（entanglement swapping），二是量子态具有非平凡的符号结构（sign structure）。这类似于将两杯混合液体分离后，某种成分的浓度反而比混合前更高——这种反直觉现象揭示了量子测量对资源分布的深刻影响。

量子计算的启示

NN的提出不仅解决了理论难题，更为量子硬件设计提供了指导。例如，在构建量子比特时，工程师需要平衡纠缠与非稳定性：过多的纠缠可能导致系统难以控制，而不足的非稳定性则会限制计算能力。通过NN指标，人们可以更精准地评估量子处理器件的实际潜力。

【结语】

这项研究标志着量子资源理论的重要进展。未来，随着对NN理解的深入，人类或许能更高效地驾驭量子世界的双重特性，最终释放出通用量子计算的真正能量。