量子材料的多种性质被认为由电子之间的量子关联所驱动。日本理化学研究所（理研）量子计算中心研究人员桑原智崇（Tomotaka Kuwahara）通过数学证明表明，在任意非零温度的热平衡态中，当量子关联涉及超过两个粒子时，其作用范围只能局限在很短距离内。该研究已发表于《Physical Review X》。

量子物理中，一个长期受到关注的现象是空间分离的粒子之间仍可能表现出关联。爱因斯坦曾将其称为“远距离的幽灵般的作用”。在材料研究中，这类量子关联被用于理解某些材料在低温下出现的非同寻常性质，并据此将材料划分为不同的量子相态；这一概念与固态、液态、气态等由化学相互作用定义的传统相态相对应。

研究指出，许多量子相态可以通过两粒子关联来刻画，但近年来也发现一些相态需要借助涉及三个及以上粒子的多体关联才能描述。相较于两体关联，多体关联的性质仍缺乏充分理解，其中一个关键问题是：这类多体关联能够跨越多远的空间距离。

桑原的工作聚焦于“三方量子关联”。此前相关研究多局限于特定模型或参数范围，例如高温条件或在强简化假设下进行分析。桑原在更一般的框架下给出严格证明：在任何温度的热平衡态中，真正的三方量子关联都不能延伸到长距离。

为刻画关联强度，桑原采用“条件互信息”作为度量，并证明远距离区域之间的条件互信息会随着区域间距离呈指数衰减。他同时证明，热量子系统必须满足哈默斯利-克利福德规则的量子类比：如果中间区域的信息已被完全掌握，则两端区域在本质上可视为独立，从而限制了真正三方关联的远程延展。

桑原表示，下一步将尝试把结论从热平衡态推广到更一般的稳态体系，包括受外部驱动、携带电流且不完全处于平衡的系统，并进一步挑战零温度情形下的相关问题。