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新发明量子协议可令信息传输速度达上限
www.creaders.net | 2021-08-13 20:54:37  大纪元 | 0条评论 | 查看/发表评论
  

  传统电脑信息传播的速度上限是光速,量子电脑领域信息传播的速度也存在上限。研究人员目前认为,量子设备之间信息传输的上限,根据量子设备建构方式的不同也不相同,而不是一个统一的上限。

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  7月21日发表于《物理评论X》(Physical Review X)的一份研究称发明了一种传输协议,已经能够达到其中一种量子设备的理论上限。

  上世纪70年代,两位数学家利布(Elliott Lieb)和罗宾逊(Derek William Robinson)合作的研究最早提出了量子系统之间信息传输速度的上限。这个理论值被称为利布-罗宾逊极限(Lieb-Robinson bounds)。至今多年来,科学家发现对于一些任务来说,现在最好的算法也达不到这个上限值。

  Phys.org网站介绍说,“就像还没有哪个厂商造出了一部开足马力能达到高速路限速上限的汽车”。这份由马里兰大学联合量子研究所(Joint Quantum Institute)戈尔什科夫(Alexey Gorshkov)引领的研究报告说,他们发明的一套量子协议,对于完成一些特定的量子任务来说,已经能够达到理论上限的速度。

  研究称,适用这种新协议的量子设备“以量子比特为基础模块,并且它们即使不是互相挨在一起,也会互相产生影响”。这听上去就是这些量子比特之间形成了量子纠缠状态。

  研究说,研究组开始的时候是针对具有“其量子比特之间的互动随着距离的增加而减弱”这样特点的系统设计这套协议。结果设计出的协议适用的范围更广,对于量子比特之间互动减弱的速度不是太快的多种系统都适用。像氮-空缺中心(Nitrogen-vacancy center)、里德伯原子(Rydberg atom)、极性分子(polar molecules)和离子阱(Trapped ion)这些目前用于研发量子比特的技术都与这套协议兼容。

  研究称,通过这些量子比特之间形成量子纠缠的状态传递信息。以前的一些设计让信息像“篮球队员在场内传球一样,一个一个地传下去”,而这个新设计更像“滚雪球”的机制,传递的速度就像滚雪球一样越来越快。

  主要研究员陈明(Minh Tran)说:“这项设计的创新在于,把两个量子比特区块实现纠缠。以前的协议只想到先建立第一个纠缠区块,这之后,来自第二个信息块的量子比特要一个一个地并入到第一个区块中。现在,我们把第二个信息块内的量子比特也实现纠缠,然后再整块地并入第一个区块。这大幅提升了性能。”

  研究组分析了这个协议传递信息的过程,认为量子比特“滚雪球”的传递速度已经达到了理论预测的上限。也就是说,研究组认为未来新发明协议传递信息的速度都不会超过这个协议。

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