局域性是所有物理的相互作用背后的一個基本原理。它說的是，每個物理系統只能與在它附近的其他系統進行相互作用，因此若兩個相距遙遠的物體之間要發生相互作用，則必須由某種中介來協調。例如，無線通信設備和移動電話能夠在遠距離發送和接收信息，而在其中起到中介作用的是電磁波。

同樣地，在粒子物理學中，基本粒子（比如電子）也有著相似的行為。當兩個相隔一定距離的基本粒子彼此施加作用力時，并不是在瞬間發生的，而是通過交換了一個粒子才實現的，這個粒子在局域中起到了傳遞力的作用。

物理的相互作用的局域性帶來了一個重要的結果，那就是許多物理系統（從黑洞到量子多體系統）都滿足一個特別的定律，即所謂的“面積定律”。

為了解釋這個屬性的含義，假設有兩個觀察者A和B，他們對整個物理系統的組成部分進行測量。

○ 兩個虛擬的觀測者將時空和量子物理結合在了一起。| 圖片來源：Quantum Information/Harald Ritsch/?AW

A只能測量空間中一個區域內的部分，一個邊界將這個區域與其余部分隔開；而B可以對A的區域以外的部分進行測量。我們可以將“面積定律”粗略地解釋為，它指的是A和B所測得結果的相互關聯程度是由將A和B分割的邊界面積決定的，而非區域的體積決定。這令人有些意外，因為許多其他與熱力學或信息有關的物理量（如能量或熵等），通常都是隨體積變化的，而非面積。

雖然通常來說，面積定律會以空間區域的形式來表述，但將時間與空間統一為時空的相對論告訴我們，對物理的正確描述應該依據時空中的局域的相互作用。這就提出了一個問題，那就是面積定律性質是否可以被推廣到時空中的區域。

現在，我們假設A可以訪問某個系統的一部分，這個部分是被一個盒子所限制的空間。A可以在有限的時間內在這個空間中進行多次測量。這樣一來，她所有的測量都是在一個四維的時空盒中進行的。B可以在A的盒子之外的時空中的任意一點訪問系統。

在一篇發表于《NPJ | 量子信息》的新論文中，物理學家研究了這個四維時空的邊界地區是否能告訴我們一些關于A和B的測量結果之間的相關性程度的信息。

○ 新的研究將這些結果擴展到了時空中。在時空中，A需要在一段時間內執行她的測量。結果是：即使在時空中，面積定律仍然適用，而且其相關性的強度取決于A進行測量的區域面積。| 圖片來源：IQOQI-Vienna

在新研究中，物理學家指出，如果一個物理系統是由局域相互作用的粒子組成，那么在時空區域的面積定律依然是成立的。?aslav Brukner是論文的作者之一，他說：“這項研究為量子關聯和時空幾何之間提供了一種聯系。這將有助于發展能將量子力學和引力統一起來的理論。”

原文鏈接：

https://www.oeaw.ac.at/en/detail/news/a-connection-between-quantum-correlations-and-spacetime-geometry/

文章來源：原理

IEEE Spectrum

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