原標題:中國科大模擬出“超光速通訊”
央廣網合肥8月18日消息(記者劉軍 通訊員范瓊)記者從中國科大獲悉,該校中科院量子信息重點實驗室在量子模擬器研究中取得重要進展,該實驗室李傳鋒教授研究組首次研制出非局域量子模擬器并模擬宇稱-時間世界中的超光速現象。該成果首次展示了非局域性在量子模擬中的重要作用,完成了經典計算機無法模擬的任務,為量子模擬器的發展開拓了新的研究方向。研究成果在線發表在8月8日的《自然·光子學》上。
據了解,量子模擬器是解決特定問題的專用量子計算機,它最初是由費曼于1981年提出的。費曼認為自然界本質上是遵循量子力學的,只有用遵循量子力學的裝置,即量子模擬器,才能更好地模擬它。目前量子模擬器研究中,人們更多關注的是它的量子加速能力,一個量子模擬器所操控的量子比特數越多,則其運算能力越強。然而本項研究成果首次揭示了量子模擬器的另一個重要優勢,即量子非局域特性。研究組構建的非局域量子模擬器可以用來研究一些量子物理基本問題,對這類問題經典計算機在原理上是無法求解的。
李傳鋒研究組在實驗上模擬了一個宇稱-時間世界,他們將糾纏光子對分發到兩個相距25米的實驗室構建非局域量子模擬器。除了糾纏光子對外,該量子模擬器還由一系列量子邏輯門及一個后選擇操作構成。量子糾纏具有一種奇特的性質叫做非局域性,即存在愛因斯坦所說的“幽靈般的超距作用”:相距很遠的一對糾纏粒子,當我們對其中一個粒子進行測量時,另一個粒子的狀態也會瞬間坍縮。由于這種坍縮是隨機的,所以一般情況下“幽靈般的超距作用”是不能超光速傳輸信息的。然而研究組通過后選擇(成功幾率50%),使糾纏光子對中的一個光子進行宇稱-時間對稱演化時,量子模擬結果表明,利用量子糾纏“幽靈般的超距作用”,光子的宇稱-時間對稱演化能使信息以超過1.9倍的光速從一個實驗室傳輸到另一個實驗室。當然,進一步的結果證實,如果考慮整個系統(包括成功部分和失敗部分),總體上看信息的傳輸速度依然不會超過光速。
本成果展示了非局域量子模擬器在研究量子物理基本問題中的重要作用,同時揭示出了兩個基本而有趣的問題:一是在現實世界中能否找到符合宇稱-時間對稱演化的量子系統,一旦找到則意味著有可能進行超光速通訊;二是在“幽靈般的超距作用”與超光速通訊之間,是否能容下一個比量子力學更基本的理論。