量子相干和量子纠缠犹如同一硬币的两面般密不可分

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（a）完全不相干的两输入态（S和A）不能通过不相干操作变为纠缠态;（b）另一方面，当输入态S具有任意非零的相干态，相干过程可通过不相干操作变为纠缠态。这一研究结果表明，此时，输入态的相干性与输出态的纠缠性是定量等效的。由Streltsov等供稿。

- 。量子相干和量子纠缠是量子物理的两大特性日前，物理学家研究结果表明这两种现象可通过操作等效，即这两种现象尽管概念完全不同，却是等效的这一发现使得物理学家可以将在量子纠缠领域几十年的研究成果应用于研究较少的量子相干，大大拓展了量子技术的应用领域。

两者有着同宗近亲的关系

尽管物理学家一直都知道相干和纠缠有着紧密的联系，但却不了解这两者之间的具体关系。

我们都知道量子相干和量子纠缠均遵循叠加原理，即单个量子态可由多个不同态以不同的方式组合得到。量子相干遵循的是物理的波动性，如果将物体的波动性一分为二，则这两个波之间将发生相干干涉，从而叠加成一个态。叠加这一概念最着名的代表就是“薛定谔的猫”（奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫既是死的又是活的这一著名思想实验的名字，它描述了量子力学的真相：粒子的某些特性无法确定，测量外力会改变其特性），即在一个密封盒子里可同时存在一种活与不活的相干态。相干同样还是量子计算的核心，计算中的量子比特即是0和1的叠加态，这就导致了量子计算比其他各种经典算法要快很多。当这些态退相干时，所有独特的量子性能就消失了。

第二种现象，量子纠缠同样也包括叠加。但此时的叠加态是由两个纠缠粒子的共享态，而不是单个粒子两个分波的叠加。量子纠缠的诡异之处在于两个纠缠粒子之间是非常紧密相连的，对其中任何一个粒子的测量会立即影响到另外一个粒子，即使两个粒子之间的距离相隔非常远。与相干类似，量子纠缠在量子科技中发挥着不可或缺的作用，比如在量子隐态传输，量子加密和量子密集编码等领域。

两者之间的转换

在最近发表于Physical Review Letters上的一篇文章中，来自英国，西班牙和印度的研究人员对于量子相干和量子纠缠两者之间的关系给出了一个简单却有力的答案。根据相关理论，两谁之间是定量等效或可通过运算等效。此项研究是由英国诺丁汉大学的副教授Gerardo Adesso领衔，团队包括来自西班牙和印度的研究人员。

物理学在此问题上达成了共识，一般来说，一个系统中任意非零相干量可以转化为此系统和另一个最初不相干系统之间等量的纠缠态。关于相干态和纠缠态之间的转化这一发现有着重要的意义。首先，这意味着量子相干态可通过纠缠态测定。因此，研究人员之前关于纠缠态的诸多研究结果可用于相干态，而另一方面，我们知道，研究人员对量子相干领域（量子光学之外的领域）的研究还较少。比如，这一发现结果使得物理学家可以解决一个关于相干态几何度量的重要问题，因为纠缠态的几何度量是一个“完整的凸单调“（full convex monotone）问题，也可应用于相干态的几何度量上。正如物理学家所解释的，这一发现使得他们可以用两个中的一个去定义或量化另一个。

来自西班牙巴塞罗那光子科学研究所的Alex Streltsov（本文的作者之一）说道：“这一工作的重要性在于我们不仅从定性的角度，更从定量的角度证明了相干和纠缠的关系。是，量子纠缠态的量化也导致了相干态的量化。这一概念可证明相干态的几何度量是一个有效的相干量化，这也解释了之前工作中尚待解决的一个问题。” 物理学家还解释道：结果中关于相干和纠缠可通过运算的等效，并非意味着这两者完全相同，它们仍然是两个完全不同的概念。

来自印度阿拉巴哈德Harish-Chandra研究所的Uttam Singh，Himadri Dhar和Manabendra Bera都表示：“尽管这两者的本质是相同的，即都是量子叠加，但相干和纠缠是两个完全不同的概念。比如，相干存在于单量子体系中，而纠缠并没有明确的定义。更者，相干是在给定基上定义的，而纠缠在不同的局部基情况下是不变的简而言之。，相干和纠缠可通过运算等效，但二者却是两个完全不同的概念。”

未来的量子关联

量子相干和纠缠在运算的等效性对于包括量子信息理论到很多新兴领域注入量子生物和纳米热动力学都有着非常深远的影响。未来，物理学家还将深入研究这两者是否可以通过第三者实现互换，比如量子失谐，它与纠缠一样，描述了两个系统的另一种相关性。

的Adesso说道：“在未来，我们有着很多的计划在理论上，我们将努力建立一个统一的框架将不同量子方法解释，归类和量化，包括但不限于相干和纠缠，并将从运算的角度突出这两者之间的联系。我们可以在复杂体系的量子指标系统中使用一种指标来浏览，并且鉴别出在不同信息任务中必须的指标“。

“在应用层面上，我们正在深入研究噪声环境下探测，量化和保持相干，纠缠和其他量子相关性的实验框架。更基础地，我们希望这些结果能激励我们去设计出一种可扩展且更有效的方法，从而将这两者之间的转化应用于实际技术中，让我们能更深入地了解量子世界与真实世界的界限“。

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