中国科学家研制出量子模拟器，揭示“幽灵般的超距作用”

《人民日报》8月18日报道，记者从中国科学技术大学获悉：该校在量子领域研究又获重要进展，首次研制出了非局域量子模拟器，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。

中国科大中科院量子信息重点实验室李传锋教授研究组，首次研制出了非局域量子模拟器，并模拟宇称—时间世界中的超光速现象，该研究为量子模拟器的发展开拓了新的研究方向。国际著名期刊《自然·光子学》近日在线发表了该成果。

资料图：李传锋教授

16日凌晨，中国成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，量子领域应用取得突破，相关研究也备受关注。据介绍，量子模拟器是解决特定问题的专用量子计算机，它最初由费曼于1981年提出。费曼认为自然界本质上是遵循量子力学的，只有用遵循量子力学的装置，即量子模拟器，才能更好地模拟它。目前量子模拟器研究中，人们更多关注的是它的量子加速能力，一个量子模拟器所操控的量子比特数越多，则其运算能力越强。

另据《合肥日报》18日报道，宇称-时间对称理论是由美国物理学家Bender等人于2002年对量子力学进行推广而提出的。

该理论认为，我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宇称-时间世界。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。除了纠缠光子对外，该量子模拟器还由一系列量子逻辑门及一个后选择操作构成。量子纠缠具有一种奇特的性质叫做非局域性，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。然而研究组通过后选择（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，量子模拟结果表明，**利用量子纠缠“幽灵般的超距作用”，光子的宇称-时间对称演化能使信息以超过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（包括成功部分和失败部分），总体上看信息的传输速度依然不会超过光速。

本成果展示了非局域量子模拟器在研究量子物理基本问题中的重要作用，同时揭示出了两个基本而有趣的问题：一是在现实世界中能否找到符合宇称-时间对称演化的量子系统，一旦找到则意味着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，是否能容下一个比量子力学更基本的理论。

李传锋教授与研究设备

李传锋，1990年进入中国科学技术大学物理系读本科与研究生，师从郭光灿院士，1999年博士毕业后留校任教。现为中国科学技术大学光学与光学工程系和中科院量子信息重点实验室教授。

主要从事量子光学、量子信息、低维固态量子系统等的理论与实验研究，期望能够建立一套有特色的量子纠缠网络并利用所发展的量子信息技术探索量子物理。李传 锋已在Nature Photonics，Nature Physics，Nature Communications，PRL等期刊发表SCI论文90余篇。论文已被SCI他引1300余次，H影响因子20。主要成果有：实验验证纠缠辅助的 熵的不确定关系；研究了纠缠与关联动力学，发现量子关联可以不被环境所破坏并验证量子关联的突变现象，论文入选ESI Hot Paper；制备出八光子纠缠态，并完成八方量子通讯复杂度实验，研究成果入选2011年度中国十大科技新闻；实验实现量子开放系统的环境控制，观测到了 马尔科夫环境到非马尔科夫环境的突变现象；实现了光子偏振态的固态量子存储，保真度达到99.9%，是目前所有量子存储器中保真度最高的；实现量子的惠勒 延迟选择实验，制备出了波与粒子的叠加状态，丰富了人们对玻尔互补原理的理解，论文被选为Nature Photonics封面故事文章。研 究成果多次被美国物理学会新闻网站APS physics, 欧洲物理学会新闻网站Physicsworld, NewScientist, Sciencenews, Nature Photonics, Nature Physics, NatureCHINA, 2physics等国际著名科学媒体作为重要进展重点评论。

（观察者网综合人民日报、合肥日报等消息）