中國科大在量子模擬器研究方面獲進展開拓新研究方向

　　 中國科大郭光燦院士領導的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研制出非局域量子模擬器并模擬宇稱-時間（Parity-time, PT）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，為量子模擬器的發展開拓了新的研究方向。研究成果發表在8月8日的《自然 · 光子學》上。

　　 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。目前人們更多關注量子模擬器的量子加速能力，操控的量子比特數越多，則運算能力越強。研究表明，如果操控量子比特數達到30個左右，量子模擬器的運算能力就能超過普通的經典計算機。目前實驗上能操控10個左右量子比特。然而本研究成果首次揭示了量子模擬器的另一個重要優勢，即量子非局域特性。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。

　　 宇稱-時間（PT）對稱理論是由美國物理學家Bender等人于2002年對量子力學進行推廣而提出的。我們知道量子力學是基于一系列假定的，那么其中哪些假定可以放寬呢？Bernder等人認為哈密頓量的厄米性假定要求過嚴，可以放寬到用PT對稱性假定代替，即假定哈密頓量具有空間-時間反演對稱性。根據這一理論，我們現在認識的量子世界只是PT世界的一種特殊情況（具有厄米性）。李傳鋒研究組在實驗上模擬了一個這樣的PT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，他們的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。通過后選擇（成功幾率50%），他們使糾纏光子對中的一個光子進行PT對稱演化。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PT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），則總體信息的傳輸速度是不能超過光速的。

　　 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PT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。