中國科學家研製出量子模擬器，揭示“幽靈般的超距作用”

《人民日報》8月18日報道，記者從中國科學技術大學獲悉：該校在量子領域研究又獲重要進展，首次研製出了非局域量子模擬器，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。

中國科大中科院量子信息重點實驗室李傳鋒教授研究組，首次研製出了非局域量子模擬器，並模擬宇稱—時間世界中的超光速現象，該研究為量子模擬器的發展開拓了新的研究方向。國際著名期刊《自然·光子學》近日在線發表了該成果。

資料圖：李傳鋒教授

16日凌晨，中國成功發射全球首顆量子科學實驗衞星“墨子號”，量子領域應用取得突破，相關研究也備受關注。據介紹，量子模擬器是解決特定問題的專用量子計算機，它最初由費曼於1981年提出。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。

另據《合肥日報》18日報道，宇稱-時間對稱理論是由美國物理學家Bender等人於2002年對量子力學進行推廣而提出的。

該理論認為，我們現在認識的量子世界只是宇稱-時間世界的一種特殊情況。李傳鋒研究組在實驗上模擬了一個這樣的宇稱-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後選擇操作構成。量子糾纏具有一種奇特的性質叫做非局域性，即存在愛因斯坦所説的“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。由於這種坍縮是隨機的，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。然而研究組通過後選擇（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，一旦找到則意味着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。

李傳鋒教授與研究設備

李傳鋒，1990年進入中國科學技術大學物理系讀本科與研究生，師從郭光燦院士，1999年博士畢業後留校任教。現為中國科學技術大學光學與光學工程系和中科院量子信息重點實驗室教授。

主要從事量子光學、量子信息、低維固態量子系統等的理論與實驗研究，期望能夠建立一套有特色的量子糾纏網絡並利用所發展的量子信息技術探索量子物理。李傳 鋒已在Nature Photonics，Nature Physics，Nature Communications，PRL等期刊發表SCI論文90餘篇。論文已被SCI他引1300餘次，H影響因子20。主要成果有：實驗驗證糾纏輔助的 熵的不確定關係；研究了糾纏與關聯動力學，發現量子關聯可以不被環境所破壞並驗證量子關聯的突變現象，論文入選ESI Hot Paper；製備出八光子糾纏態，並完成八方量子通訊複雜度實驗，研究成果入選2011年度中國十大科技新聞；實驗實現量子開放系統的環境控制，觀測到了 馬爾科夫環境到非馬爾科夫環境的突變現象；實現了光子偏振態的固態量子存儲，保真度達到99.9%，是目前所有量子存儲器中保真度最高的；實現量子的惠勒 延遲選擇實驗，製備出了波與粒子的疊加狀態，豐富了人們對玻爾互補原理的理解，論文被選為Nature Photonics封面故事文章。研 究成果多次被美國物理學會新聞網站APS physics, 歐洲物理學會新聞網站Physicsworld, NewScientist, Sciencenews, Nature Photonics, Nature Physics, NatureCHINA, 2physics等國際著名科學媒體作為重要進展重點評論。

（觀察者網綜合人民日報、合肥日報等消息）