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中國(guó)科大郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在量子模擬器研究中取得重要進(jìn)展，該實(shí)驗(yàn)室李傳鋒教授研究組研制出非局域量子模擬器并模擬宇稱(chēng)-時(shí)間（Parity-time, PT）世界中的超光速現(xiàn)象。該成果首次展示了非局域性在量子模擬中的重要作用，為量子模擬器的發(fā)展開(kāi)拓了新的研究方向。

量子模擬器是解決特定問(wèn)題的專(zhuān)用量子計(jì)算機(jī)，它最初是由費(fèi)曼于1981年提出的。目前人們更多關(guān)注量子模擬器的量子加速能力，操控的量子比特?cái)?shù)越多，則運(yùn)算能力越強(qiáng)。研究表明，如果操控量子比特?cái)?shù)達(dá)到30個(gè)左右，量子模擬器的運(yùn)算能力就能超過(guò)普通的經(jīng)典計(jì)算機(jī)。目前實(shí)驗(yàn)上能操控10個(gè)左右量子比特。然而本研究成果首次揭示了量子模擬器的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，即量子非局域特性。非局域量子模擬器可以用來(lái)研究一些量子物理基本問(wèn)題，對(duì)這類(lèi)問(wèn)題經(jīng)典計(jì)算機(jī)在原理上是無(wú)法求解的。

宇稱(chēng)-時(shí)間（PT）對(duì)稱(chēng)理論是由美國(guó)物理學(xué)家Bender等人于2002年對(duì)量子力學(xué)進(jìn)行推廣而提出的。我們知道量子力學(xué)是基于一系列假定的，那么其中哪些假定可以放寬呢？Bernder等人認(rèn)為哈密頓量的厄米性假定要求過(guò)嚴(yán)，可以放寬到用PT對(duì)稱(chēng)性假定代替，即假定哈密頓量具有空間-時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)性。根據(jù)這一理論，我們現(xiàn)在認(rèn)識(shí)的量子世界只是PT世界的一種特殊情況。李傳鋒研究組在實(shí)驗(yàn)上模擬了一個(gè)這樣的PT世界。

他們將糾纏光子對(duì)分發(fā)到兩個(gè)相距25米的實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建非局域量子模擬器。除了糾纏光子對(duì)外，他們的量子模擬器還由一系列量子邏輯門(mén)及一個(gè)后選擇操作構(gòu)成。通過(guò)后選擇，他們使糾纏光子對(duì)中的一個(gè)光子進(jìn)行PT對(duì)稱(chēng)演化。量子模擬結(jié)果表明，利用量子糾纏“幽靈般的超距作用”，光子的PT對(duì)稱(chēng)演化能使信息以超過(guò)1.9倍的光速?gòu)囊粋€(gè)實(shí)驗(yàn)室傳輸?shù)搅硪粋€(gè)實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)然進(jìn)一步的結(jié)果證實(shí)，如果考慮整個(gè)系統(tǒng)，則總體信息的傳輸速度是不能超過(guò)光速的。

該成果展示了非局域量子模擬器在研究量子物理基本問(wèn)題中的重要作用，同時(shí)揭示出了兩個(gè)基本而有趣的問(wèn)題：一是在現(xiàn)實(shí)世界中能否找到符合PT對(duì)稱(chēng)演化的量子系統(tǒng)，一旦找到則意味著有可能進(jìn)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(gè)比量子力學(xué)更基本的理論。

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