中科大首次研制出非局域量子模拟器

中国科学技术大学教授李传锋研究组首次研制出非局域量子模拟器并模拟宇称—时间世界中的超光速现象。该成果首次展示了非局域性在量子模拟中的重要作用，完成了经典计算机无法模拟的任务，为量子模拟器的发展开拓了新的研究方向。研究成果8月8日在线发表于《自然—光子学》。

量子模拟器是解决特定问题的专用量子计算机。本项研究成果首次揭示了量子模拟器的另一个重要优势，即量子非局域特性。研究组构建的非局域量子模拟器可以用来研究一些量子物理基本问题，对这类问题经典计算机在原理上是无法求解的。

宇称—时间对称理论认为，人们现在认识的量子世界只是宇称—时间世界的一种特殊情况。李传锋研究组在实验上模拟了一个这样的世界。他们将纠缠光子对分发到两个相距25米的实验室构建非局域量子模拟器。

量子纠缠具有一种奇特的性质叫作非局域性，即存在爱因斯坦所说的“幽灵般的超距作用”：相距很远的一对纠缠粒子，当我们对其中一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态也会瞬间坍缩。由于这种坍缩是随机的，所以一般情况下“幽灵般的超距作用”是不能超光速传输信息的。研究组通过后选择（成功几率50%），使纠缠光子对中的一个光子进行宇称—时间对称演化时，能使信息以超过1.9倍的光速从一个实验室传输到另一个实验室。当然，进一步的结果证实，如果考虑整个系统，总体上看信息的传输速度依然不会超过光速。

该成果揭示两个问题：一是现实世界中能否找到符合宇称—时间对称演化的量子系统，一旦找到则有可能进行超光速通讯；二是在“幽灵般的超距作用”与超光速通讯之间，是否能容下比量子力学更基本的理论。

发表在《物理评论》杂志上的这一新发现认为，三维“时空光漩涡”与一般激光漩涡不同，它不仅具有空间动态性，还具有时间动态性，这意味着它在保持空间静止状态的同时也能随着光束前行，用来操控粒子以光速前进再好不过。论文高级作者霍华德·米切伯格表示：“激光已经被研究几十年了，‘时空光漩涡’就潜伏在我们眼皮底下，就像看见一条河却忽视里面的水流一样，高能激光中的‘时空光漩涡’被我们长期忽视了。深入研究‘时空光漩涡’的物理特性和理论，将填补激光基础研究领域的许多空白。”

“时空光漩涡”在光圈内流动，再沿着外圈返回，它在以光速随着激光前行中能控制能量不从周围流失。“时空光漩涡”在任何激光中都能找到，必将带来更加实际的运用，比如设计清晰度更高的光学显微镜、增加光纤通讯线路的带宽等。

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