中国科大首次研制出非局域量子模拟器并验证宇称-时间世 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/03 11:45:29
我校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在量子模拟器研究中取得重要进展,该实验室李传锋教授研究组研制出非局域量子模拟器并模拟宇称-时间(Parity-time, PT)世界中的超光速现象。该成果首次展示了非局域性在量子模拟中的重要作用,为量子模拟器的发展开拓了新的研究方向。研究成果发表在8月8日的《自然•光子学》上。

量子模拟器是解决特定问题的专用量子计算机,它最初是由费曼于1981年提出的。目前人们更多关注量子模拟器的量子加速能力,操控的量子比特数越多,则运算能力越强。研究表明,如果操控量子比特数达到30个左右,量子模拟器的运算能力就能超过普通的经典计算机。目前实验上能操控10个左右量子比特。然而本研究成果首次揭示了量子模拟器的另一个重要优势,即量子非局域特性。非局域量子模拟器可以用来研究一些量子物理基本问题,对这类问题经典计算机在原理上是无法求解的。

宇称-时间(PT)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。我们知道量子力学是基于一系列假定的,那么其中哪些假定可以放宽呢?Bernder等人认为哈密顿量的厄米性假定要求过严,可以放宽到用PT对称性假定代替,即假定哈密顿量具有空间-时间反演对称性。根据这一理论,我们现在认识的量子世界只是PT世界的一种特殊情况(具有厄米性)。李传锋研究组在实验上模拟了一个这样的PT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,他们的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。通过后选择(成功几率50%),他们使纠缠光子对中的一个光子进行PT对称演化。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PT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),则总体信息的传输速度是不能超过光速的。

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PT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。

文章共同第一作者为唐建顺副研究员和博士生王轶韬,理论部分由韩永建教授完成。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和量子信息与量子科技前沿协同创新中心的资助。

论文链接:http://www.nature.com/nphoton/jo ... hoton.2016.144.html



http://news.ustc.edu.cn/xwbl/201608/t20160812_251943.html我校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在量子模拟器研究中取得重要进展,该实验室李传锋教授研究组研制出非局域量子模拟器并模拟宇称-时间(Parity-time, PT)世界中的超光速现象。该成果首次展示了非局域性在量子模拟中的重要作用,为量子模拟器的发展开拓了新的研究方向。研究成果发表在8月8日的《自然•光子学》上。

量子模拟器是解决特定问题的专用量子计算机,它最初是由费曼于1981年提出的。目前人们更多关注量子模拟器的量子加速能力,操控的量子比特数越多,则运算能力越强。研究表明,如果操控量子比特数达到30个左右,量子模拟器的运算能力就能超过普通的经典计算机。目前实验上能操控10个左右量子比特。然而本研究成果首次揭示了量子模拟器的另一个重要优势,即量子非局域特性。非局域量子模拟器可以用来研究一些量子物理基本问题,对这类问题经典计算机在原理上是无法求解的。

宇称-时间(PT)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。我们知道量子力学是基于一系列假定的,那么其中哪些假定可以放宽呢?Bernder等人认为哈密顿量的厄米性假定要求过严,可以放宽到用PT对称性假定代替,即假定哈密顿量具有空间-时间反演对称性。根据这一理论,我们现在认识的量子世界只是PT世界的一种特殊情况(具有厄米性)。李传锋研究组在实验上模拟了一个这样的PT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,他们的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。通过后选择(成功几率50%),他们使纠缠光子对中的一个光子进行PT对称演化。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PT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),则总体信息的传输速度是不能超过光速的。

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PT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。

文章共同第一作者为唐建顺副研究员和博士生王轶韬,理论部分由韩永建教授完成。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和量子信息与量子科技前沿协同创新中心的资助。

论文链接:http://www.nature.com/nphoton/jo ... hoton.2016.144.html



http://news.ustc.edu.cn/xwbl/201608/t20160812_251943.html
看不懂,有大神给科普一下?
挺同情写这种文章的记者的,自己写的内容自己都理解不了,但还是得一本正经地写出来。
感谢郭光灿院士们,希望祖国越来越强大!
只能用语文老师传授的功夫看这篇物理文章。
不明觉厉,。
抢劫 发表于 2016-8-13 23:11
挺同情写这种文章的记者的,自己写的内容自己都理解不了,但还是得一本正经地写出来。
这种新闻都是研究者自己写的,交给记者发出来而已。
记者懂什么。


这个实验室搞出来的东西概念看起来都很高大上,隔一段时间有就报道出来,成果真多,让人不明觉厉,其实一直好奇他们都是用什么高端仪器搞出来验证的(那个示意图看起来不是很复杂的样子).

这个实验室搞出来的东西概念看起来都很高大上,隔一段时间有就报道出来,成果真多,让人不明觉厉,其实一直好奇他们都是用什么高端仪器搞出来验证的(那个示意图看起来不是很复杂的样子).
抢劫 发表于 2016-8-13 23:11
挺同情写这种文章的记者的,自己写的内容自己都理解不了,但还是得一本正经地写出来。
应该是向科学家求得一个PPT剪切出来吧
我的理解是:两个博尔特一起跑百米,正常是同时到终点,这个相当于一个博尔特原地不动,另一个速度就翻倍。
看文章的意思有可能找到实现超光速通讯的方法?

wglsmart 发表于 2016-8-13 23:26
这个实验室搞出来的东西概念看起来都很高大上,隔一段时间有就报道出来,成果真多,让人不明觉厉,其实一直 ...


其实,郭先生和潘建伟是竞争关系,本身俩实验室关系一直也不好,潘过几天发卫星了,郭这里也要做些宣传啊。当年量子保密通讯,你在芜湖搞个局域网,我就在合肥搞一个,就是这样。只是潘很年轻,深受当时科大校长侯建国的器重。

没有什么高端的仪器设备,只是做的方向人少,做好的人更少
wglsmart 发表于 2016-8-13 23:26
这个实验室搞出来的东西概念看起来都很高大上,隔一段时间有就报道出来,成果真多,让人不明觉厉,其实一直 ...


其实,郭先生和潘建伟是竞争关系,本身俩实验室关系一直也不好,潘过几天发卫星了,郭这里也要做些宣传啊。当年量子保密通讯,你在芜湖搞个局域网,我就在合肥搞一个,就是这样。只是潘很年轻,深受当时科大校长侯建国的器重。

没有什么高端的仪器设备,只是做的方向人少,做好的人更少
乌尔奇奥拉 发表于 2016-8-14 00:11
我的理解是:两个博尔特一起跑百米,正常是同时到终点,这个相当于一个博尔特原地不动,另一个速度就翻倍。
这个理解很独到.
能超光速通讯,相对论都会崩
超光速不可能,光速是时空的反映。
前两天的中科大搞出量子芯片的新闻,怎么没见有人转载?
极左渣渣 发表于 2016-8-14 08:58
超光速不可能,光速是时空的反映。
前两天媒体在报道量子通信卫星时,也提到过量子通信时会产生“超光速”现象,具体我说不清楚,您可以搜一下看看。
我就看懂“超光速”了
要把别人的论文精简到几百字当新闻稿发,这真是为难文科生了
能超光速通讯,相对论都会崩
物理法则都有适用范围。比如宏观微观
超光速不可能,光速是时空的反映。
现在研究已经假设空间的运动速度是可以超过光速的,比如黑洞所造成的空间塌缩,当然了,黑洞的存在也是假设罢了
不明觉厉,虽然每个字我都认得,但就是看不懂什么意思,哪位大神用浅显易懂的话解释一下!
希望不是伪科学,反正看不懂
听起来很牛逼的样子,能当多少个师。
本人也是理科生,似乎也没比文科生好多少。宏观尺寸下的各门学科都会知道一点,进入量子尺寸后照样一脸懵逼。
我的理解是:两个博尔特一起跑百米,正常是同时到终点,这个相当于一个博尔特原地不动,另一个速度就翻倍。
对头,我记得央视就是这样解释的,可以并联但是是翻倍
也就是说超光速通讯并非不可能。
我理解就是信息传递可以“借”时间,“借”到的时间必须以某种形式“还”回去就行
论科普作家的重要性。
应该大幅度提升一流科学家工资


我不是专业的,也不是学理科的,专业更毫不相干,我只根据个人理解和猜测说下个人想法;
量子纠缠理论是量子科学方面最核心的理论,也就是说通过可控的两端1到多个的量子对称组合形态来传输信息。
其中有两特点需要注意1.纠缠状态是绝对的,一端改变另一端就会立刻改变状态,时间距离是不可观测的。  2.理论上来说不应受到传输介质的阻隔,不受物理影响,两端始终是对称的。

所以,潘教授的团队创建了的量子通讯网络依托光纤、卫星光学站、通讯转码来实现中期的国家级大局域网;但潘的量子卫星似乎是需要光做媒介的,我不确定其中的作用和差异,猜测是通过媒介才能扩大传输效率。
郭教授的成果中更多的来自第二点,量子纠缠状态不受物理状态的阻隔会保持绝对的对称。

之前猜测印度洋执行有测试跨海量子通信技术,或是已实现,量子的纠缠状态从前面的理论去推导的话是有可能超光速传播的,注意不是传递。

总结下个人看法,潘教授和郭教授的成果并无冲突之处,且以实践来说潘的研究之路明显已领先至少一个身位,利用介质传输并未否定非介质传输的能力,只是更接近实用化的一条路径。

潘教授有人才优势,郭教授或有应对发声之嫌疑。希望两位都越做越好,都很有前景希望都做出大成绩来。




超大第一次发帖就献给了黑科技,也算值了

我不是专业的,也不是学理科的,专业更毫不相干,我只根据个人理解和猜测说下个人想法;
量子纠缠理论是量子科学方面最核心的理论,也就是说通过可控的两端1到多个的量子对称组合形态来传输信息。
其中有两特点需要注意1.纠缠状态是绝对的,一端改变另一端就会立刻改变状态,时间距离是不可观测的。  2.理论上来说不应受到传输介质的阻隔,不受物理影响,两端始终是对称的。

所以,潘教授的团队创建了的量子通讯网络依托光纤、卫星光学站、通讯转码来实现中期的国家级大局域网;但潘的量子卫星似乎是需要光做媒介的,我不确定其中的作用和差异,猜测是通过媒介才能扩大传输效率。
郭教授的成果中更多的来自第二点,量子纠缠状态不受物理状态的阻隔会保持绝对的对称。

之前猜测印度洋执行有测试跨海量子通信技术,或是已实现,量子的纠缠状态从前面的理论去推导的话是有可能超光速传播的,注意不是传递。

总结下个人看法,潘教授和郭教授的成果并无冲突之处,且以实践来说潘的研究之路明显已领先至少一个身位,利用介质传输并未否定非介质传输的能力,只是更接近实用化的一条路径。

潘教授有人才优势,郭教授或有应对发声之嫌疑。希望两位都越做越好,都很有前景希望都做出大成绩来。




超大第一次发帖就献给了黑科技,也算值了
超光速是扯淡吧,现在并没有相关的理论什么的,跟相对论也有矛盾,没有任何事物的运动速度能超过光速
抢劫 发表于 2016-8-13 23:11
挺同情写这种文章的记者的,自己写的内容自己都理解不了,但还是得一本正经地写出来。
我怀疑就是做项目的人都未必能把自己做的东西准确地用普通人听得懂的话讲出来
OwO 发表于 2016-8-14 08:54
能超光速通讯,相对论都会崩
相对论出来了牛顿力学也没塌啊
OFweek电子工程网讯 近日,据报道,我国量子计算机研究取得突破性进展,中国科技大学量子实验室成功研发了半导体量子芯片。
  量子芯片相当于未来量子计算机的“大脑”,研制成功后可实现量子的逻辑运算和信息处理。有了计算,量子的存储及控制技术也必不可少。这款三明治型的固态量子存储器,在低温有磁场的辅助设备中才能工作。
  中科院的这一个研究成果给中国量子计算领域带来了一股新的清流。
  为什么要研究量子芯片
  要说这个,就必须从半导体的芯片发展说起。
  自从Intel创始人摩尔提出了指导半导体芯片业发展的“摩尔定律”以后,芯片上的晶体管数量就遵循每两年翻一番的这个约定俗成的定律。包括做光刻机的ASML,做芯片生产的Intel、TSMC和三星在内的众多企业为保持摩尔定律的继续有效,做各种技术改进。而芯片的制造工艺也来到了16nm,而10nm也都快要上马了。但业界认为,摩尔定律会很快失效。
  《自然》杂志曾经在报道里面声称,现有的芯片设计工艺已经达到10nm,预计2020年达到2nm。而达到这个级别上的晶体管只能容纳10个原子,电子的行为将不再服从传统的半导体理论,此时晶体管将变得不再可靠。这样就限制了芯片性能的提升,使得经典计算机的性能无办法提升,这种环境下就推动了量子计算机的产生。
 OFweek电子工程网讯 一台真正意义上的量子计算机尚未真正到来,但它或许会比我们想象中要早一些。
  上周,媒体报道称,牛津大学教授的研究实现了量子计算机研发进程的一个重大突破:由英国工程和物理科学研究理事会(EPSRC)资助的网络量子信息技术中心(NQIT)的科学家已经将量子逻辑门(quantum logic gate)的精度提升至99%。其意义在于:人类构建的量子逻辑门精度已经达到了实际构建一台量子计算机所需的理论精度基准。
  首先,量子计算机和传统计算机都是用来处理数据的工具,其输出态和输入态之间存在逻辑关系。通常将实现从输入态到输出态演化的单元叫逻辑门。
而如今牛津大学两位教授的研究主要是寻找到了使用原子来构建量子逻辑门的方法。我们知道,量子具有量子叠加 (系统同时包含所有的可能测量结果,一旦某个测量发生,则结果将为定值)和量子纠缠(多粒子的叠加态,它们的属性相互关联影响)这两个特性。而该方法是需要将两个不同的原子放入到同一个量子纠缠态之中。之前已有专家表明如果这种逻辑门的精度低于99%,那么理论上就不可能构建出量子计算机。理论的阈值需要达到99.9%。
  此次研究成果的作者之一David Lucas在解释量子纠缠概念时表示:“量子纠缠描述了一种有两个量子物体存在的情况——在我们的案例中是两个单独的原子——它们共享一个共同的量子态。也就是说,测量其中一个原子的性质可以了解另一个原子的性质。”
  根据论文摘要,研究人员在激光驱动的两量子位和单量子位逻辑门上分别实现了99.9(1)% 和99.9934(3)% 的保真度(Fidelity),显着超过了容错量子计算所需的约99%的最小阈值水平。
  诚然,高精度的逻辑门是制造量子计算机的基础,但高精度的逻辑门还不足以让我们创造出真正的量子计算机,这一科学研究还有许多难题需要攻克。Lucas表示:“量子逻辑门本身并不能构成量子计算机,但如果没有它们,你也不能造出量子计算机。”
  量子计算作为先进的计算机技术,在人工智能研究等需要海量计算的研究领域方面而显示出巨大的潜力价值。牛津大学莫德林学院研究者、论文的第一作者Chris Ballance博士在接受媒体采访时表示:“事实证明量子机制的信息操作方式能给量子计算机带来远比任何可以想象的常规计算机更加高效的解决特定问题的方法。比如安全密码破解、搜索大型数据集等。量子计算机天生就很适合模拟其它量子系统,这可能有助于我们,比如说,理解化学和生物学相关的复杂分子。”
hxf9182736 发表于 2016-8-14 18:09
超光速是扯淡吧,现在并没有相关的理论什么的,跟相对论也有矛盾,没有任何事物的运动速度能超过光速
量子纠缠中的传播并不需要传输物理本体,是利用了量子的绝对对称属性来实现的物理改变,所以这个速度目前为止时间上的距离目前是不可测的。

其实,似乎也没有什么确切证据能证明光的传播速度就是绝对最快的。

今年有人观测到了宇宙引力波波动或局部坍塌,说明有力量可以超越引力,而引力波是以光速传播的。好像没有科学家提这个梗,但是现在超越光速的力量或许已经等待人们去发现了。

其实,引力波的发现已经完整的证明了黑洞的存在,我们不能再无视了。
SayUSayMe 发表于 2016-8-14 18:17
相对论出来了牛顿力学也没塌啊
牛顿的伽利略变换的绝对时空观消失,这和崩区别不大。
OwO 发表于 2016-8-14 18:26
牛顿的伽利略变换的绝对时空观消失,这和崩区别不大。

物理教科书重写了么?

没有啊,只是加了句适用于低速
这个理解很独到.
光速条件下速度不可简单叠加。