在量子世界里，量子糾纏與量子非穩定子性（non-stabilizerness，也被稱作量子“魔法”quantum magic）是量子信息科學中的兩大核心資源，想要實現真正的通用量子計算、解鎖量子優勢，二者缺一不可。量子糾纏是量子世界區別于經典世界的標志性特征，就像一對“心有靈犀”的粒子，無論相隔多遠，狀態都會瞬間關聯，但僅靠糾纏還不足以實現強大的量子計算——有些量子態糾纏程度很高，卻依然能被經典計算機輕松模擬，無法發揮量子計算的獨特優勢。而量子“魔法”，正是量子態或量子操作中超出經典模擬能力的關鍵部分，是實現通用量子計算不可或缺的核心資源。

長期以來，科研人員雖知曉這兩種量子資源的重要性，卻一直未能清晰揭示二者間的內在關聯。近日，北京大學物理學院楊志成課題組的研究帶來了突破性發現：量子糾纏能夠為量子魔“法”的注入打開一條高效通道，讓我們從量子門中提取“魔法”資源變得更加高效。研究團隊通過巧妙設計的模型，嚴格證明了量子系統初始的糾纏程度越高，能夠注入的量子“魔法”資源就越多，二者呈現清晰的線性關聯。更令人驚喜的是，預先構建的量子糾纏，還能讓原本分散向兩個子系統注入“魔法”的效果，直接等同于一次性向整個系統注入全局“魔法”，這一神奇效應的背后，正是量子門隱形傳態機制在發揮作用——量子糾纏如同一條隱形的高速通道，能將局部量子門中蘊藏的“魔法”資源，快速且均勻地分布到整個量子系統中，大幅提升資源利用效率。

圖1. (a) Haar隨機幺正門作用于僅含有糾纏但不含有量子magic的初態，向其注入魔法資源。(b) 初態中的糾纏使得分別向兩個子系統中注入magic的效果等同于一個全局的量子門。(c) 量子門隱形傳態(gate teleportation)：量子糾纏為魔法資源注入提供了一條額外的通路，使局域量子門中蘊含的資源能夠更有效地分布到整個系統中

為了更精準地衡量量子門中蘊藏的“魔法”資源，研究團隊還提出了全新的物理量——幺正穩定子 Rényi熵（unitary stabilizer Renyi entropy），這一指標比以往的衡量標準更加精準，不僅能清晰刻畫量子門的“魔法”含量，同時為制備量子門所需的基礎組件——單比特T門數量提供參考，還能對量子門注入“魔法”資源的潛力提供更優的估計。這項研究首次定量揭示了量子糾纏與量子“魔法”兩類核心量子資源間的深刻聯系，為理解量子多體系統中“魔法”資源的動力學過程，以及未來高效設計量子線路、推動通用量子計算的發展提供了全新思路與重要理論支撐。