導讀：
化學系統中的粒子可能會通過遠程互相作用彼此關聯，這一般會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是否顯示局部或非局部相關性。
比如，粒子可能只與附近（局部）粒子或遠處（非局部）粒子糾纏在一起。研究人員發覺，曾經被覺得是局部的某類遠程交互系統實際上可以表現出非局部的行為。
據悉，研究人員表明，量子信息可以在這種系統中以達到量子熱學上限的速率傳播。為此，她們的工作抨擊了當初對這種系統更嚴格的速率限制的猜測，并且還排除了將依賴于對這種系統的這些猜測限制的存在的幾種理論剖析進行概括的可能性。
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的最新技術，進而改進了許多量子應用，比如計量學、量子估算以及量子通訊等。
正文：
1.理論與實際的差別
雖然量子計算機是一項新興技術，仍未進行實際應用，但研究人員早已在研究約束量子技術的理論。研究人員發覺，量子信息跨越任何量子設備的速率是有限的。
這種速率限制被稱為Lieb-界線。對于個別任務，在理論所容許的最佳速率和人們所設計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到當地高速道路限速的車型一樣。
但與公路上的限速不同，信息限速是不可忽略的，它是數學基本定理的必然結果。對于任何量子任務來說量子傳輸速度，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。基本規則定義了可能的最佳性能。
2.新量子合同達到量子信息理論速率極限
如今，由量子信息與計算機科學聯合中心（QuICS）[1]研究員領導的一個研究小組發覺了一個量子合同，該合同在個別量子任務中達到了理論速率極限。她們的成果為設計最佳量子算法提供了新的看法，并證明還沒有一個未被發覺的較低極限來阻礙作出更好設計的嘗試。
同時也是聯合量子研究所（JQI）[2]的研究員、美國國家標準與技術研究所（NIST）[3]的化學學家。他和朋友近來發表在《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現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這些差別。”
“實際上我們沒有想到這個合同會這么強悍，我們嘗試了好多方式來增強邊界，結果發覺這是不可能的。為此，我們對這個結果倍感激動。”
不出所料，在量子設備（如量子計算機）中發送信息的理論速率限制取決于設備的基礎結構。新合同專為量子設備而設計，在這種設備中，基本建立塊量子比特雖然在彼此不相鄰的情況下也會互相影響。
圖1|GHZ的狀態合同演示（來源：X）
該團隊為量子比特設計了合同，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減緩得太快的互相作用，這涵括了許多實用的量子技術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中的信息傳輸給遠方的量子比特，這是實現量子計算機許多優勢的基本特點。這限制了信息的傳輸方法，并排不僅一些直接的方式，例如在新位置創建信息的副本。（這須要曉得您正在傳輸的量子狀態。）
在新的合同中，通過量子糾纏的特點，儲存在一個量子比特上的數據與它的鄰位共享，因為所有這種量子比特都有助于攜帶信息，因而它們會協同工作將其傳播到其他量子比特組。而隨著量子比特數目的降低，傳遞信息的速率也越來越快。
可以重復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接一個的傳遞球，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。當這個過程反向運行時，信息被留在遙遠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。
當研究人員剖析這個過程時，她們發覺滾雪球的量子比特在數學學容許的理論極限下加速了信息。因為該合同達到了之前證明的極限，未來的合同應當難以趕超它。
Tran對外表示："在實踐方面，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行檢測和感應。并且快速聯通信息也意味著你可以更快地處理信息。在建造量子計算機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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