導(dǎo)讀：
化學(xué)系統(tǒng)中的粒子可能會(huì)通過遠(yuǎn)程互相作用彼此關(guān)聯(lián)，這一般會(huì)隨著粒子之間的距離而衰減。互相作用隨距離衰減的速率決定了系統(tǒng)是否顯示局部或非局部相關(guān)性。
比如，粒子可能只與附近（局部）粒子或遠(yuǎn)處（非局部）粒子糾纏在一起。研究人員發(fā)覺，曾經(jīng)被覺得是局部的某類遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)實(shí)際上可以表現(xiàn)出非局部的行為。
據(jù)悉，研究人員表明，量子信息可以在這種系統(tǒng)中以達(dá)到量子熱學(xué)上限的速率傳播。為此，她們的工作抨擊了當(dāng)初對(duì)這種系統(tǒng)更嚴(yán)格的速率限制的猜測(cè)，并且還排除了將依賴于對(duì)這種系統(tǒng)的這些猜測(cè)限制的存在的幾種理論剖析進(jìn)行概括的可能性。
研究人員的研究明顯加快了傳輸量子信息和打算多粒子糾纏態(tài)的最新技術(shù)，進(jìn)而改進(jìn)了許多量子應(yīng)用，比如計(jì)量學(xué)、量子估算以及量子通訊等。
正文：
1.理論與實(shí)際的差別
雖然量子計(jì)算機(jī)是一項(xiàng)新興技術(shù)，仍未進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，但研究人員早已在研究約束量子技術(shù)的理論。研究人員發(fā)覺，量子信息跨越任何量子設(shè)備的速率是有限的。
這種速率限制被稱為Lieb-界線。對(duì)于個(gè)別任務(wù)，在理論所容許的最佳速率和人們所設(shè)計(jì)的最佳算法可能的速率之間存在著差別。就似乎沒有一家車輛制造商能想出怎樣制造出達(dá)到當(dāng)?shù)馗咚俚缆废匏俚能囆鸵粯印?span style="display:none">OHT物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
但與公路上的限速不同，信息限速是不可忽略的，它是數(shù)學(xué)基本定理的必然結(jié)果。對(duì)于任何量子任務(wù)來說量子傳輸速度，互相作用在一定距離外形成影響（因而傳遞信息）的速率是有限制的。基本規(guī)則定義了可能的最佳性能。
2.新量子合同達(dá)到量子信息理論速率極限
如今，由量子信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)聯(lián)合中心（QuICS）[1]研究員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組發(fā)覺了一個(gè)量子合同，該合同在個(gè)別量子任務(wù)中達(dá)到了理論速率極限。她們的成果為設(shè)計(jì)最佳量子算法提供了新的看法，并證明還沒有一個(gè)未被發(fā)覺的較低極限來阻礙作出更好設(shè)計(jì)的嘗試。
同時(shí)也是聯(lián)合量子研究所（JQI）[2]的研究員、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）[3]的化學(xué)學(xué)家。他和朋友近來發(fā)表在《X》[4]刊物上的一篇文章中介紹了她們的新合同。
文章的主要作者JQI和QuICS的研究生MinhTran說：“理論速率極限和可實(shí)現(xiàn)速率之間的這些差別仍然困惑著我們，由于我們不曉得是理論速率極限太高，還是我們不夠聰明來改進(jìn)這些差別。”
“實(shí)際上我們沒有想到這個(gè)合同會(huì)這么強(qiáng)悍，我們嘗試了好多方式來增強(qiáng)邊界，結(jié)果發(fā)覺這是不可能的。為此，我們對(duì)這個(gè)結(jié)果倍感激動(dòng)。”
不出所料，在量子設(shè)備（如量子計(jì)算機(jī)）中發(fā)送信息的理論速率限制取決于設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。新合同專為量子設(shè)備而設(shè)計(jì)，在這種設(shè)備中，基本建立塊量子比特雖然在彼此不相鄰的情況下也會(huì)互相影響。
圖1|GHZ的狀態(tài)合同演示（來源：X）
該團(tuán)隊(duì)為量子比特設(shè)計(jì)了合同，這種量子比特的互相作用隨著它們之間的距離降低而減慢。新合同適用于一系列不會(huì)減緩得太快的互相作用，這涵括了許多實(shí)用的量子技術(shù)建立塊中的互相作用，包括氮空位色心（-）、里德堡原子（Atoms,）、極性分子（Polar）和離子阱（Ions）。
3.合同原理
值得一提的是，該合同可以將包含在未知量子態(tài)中的信息傳輸給遠(yuǎn)方的量子比特，這是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)許多優(yōu)勢(shì)的基本特點(diǎn)。這限制了信息的傳輸方法，并排不僅一些直接的方式，例如在新位置創(chuàng)建信息的副本。（這須要曉得您正在傳輸?shù)牧孔訝顟B(tài)。）
在新的合同中，通過量子糾纏的特點(diǎn)，儲(chǔ)存在一個(gè)量子比特上的數(shù)據(jù)與它的鄰位共享，因?yàn)樗羞@種量子比特都有助于攜帶信息，因而它們會(huì)協(xié)同工作將其傳播到其他量子比特組。而隨著量子比特?cái)?shù)目的降低，傳遞信息的速率也越來越快。
可以重復(fù)此過程以不斷生成更大的量子比特塊，因而越來越快地傳遞信息。為此，量子比特的信息傳送，并不是像足球場上一個(gè)接一個(gè)的傳遞球，更像是滾雪球一樣。
但與真正的雪球不同，量子集合也可以自行展開。當(dāng)這個(gè)過程反向運(yùn)行時(shí)，信息被留在遙遠(yuǎn)的量子比特上量子傳輸速度，使所有其他的量子比特回到它們的原始狀態(tài)。
當(dāng)研究人員剖析這個(gè)過程時(shí)，她們發(fā)覺滾雪球的量子比特在數(shù)學(xué)學(xué)容許的理論極限下加速了信息。因?yàn)樵摵贤_(dá)到了之前證明的極限，未來的合同應(yīng)當(dāng)難以趕超它。
Tran對(duì)外表示："在實(shí)踐方面，該合同除了使我們才能傳播信息，但是就能更快地糾纏粒子，使用糾纏的粒子，你可以做好多有趣的事情，例如以更高的精度進(jìn)行檢測(cè)和感應(yīng)。并且快速聯(lián)通信息也意味著你可以更快地處理信息。在建造量子計(jì)算機(jī)方面還有好多其他困局，但起碼在基本限制方面，我們曉得哪些是可能的，什么是不可能的。"
引用：
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