中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒教授研究組首次研制出非局域量子模擬器并模擬宇稱—時(shí)間（Parity-time, PT）世界中的超光速現(xiàn)象。該成果首次展示了非局域性在量子模擬中的重要作用，完成了經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法模擬的任務(wù)，該成果在線發(fā)表在近日的英國(guó)《自然·光子學(xué)》雜志上。

據(jù)了解，量子模擬器是解決特定問(wèn)題的專用量子計(jì)算機(jī)，它最初由費(fèi)曼于1981年提出。他認(rèn)為自然界本質(zhì)上是遵循量子力學(xué)的，只有用量子模擬器才能更好地模擬它。本成果首次揭示量子模擬器的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，即量子非局域特性。研究組構(gòu)建的非局域量子模擬器可以用來(lái)研究一些量子物理基本問(wèn)題，對(duì)這類問(wèn)題經(jīng)典計(jì)算機(jī)在原理上是無(wú)法求解的。

宇稱—時(shí)間（PT）對(duì)稱理論是由美國(guó)物理學(xué)家卡爾·班德等人于2002年對(duì)量子力學(xué)進(jìn)行推廣而提出的。我們知道量子力學(xué)是基于一系列假定的，那么其中哪些假定可以放寬呢？班德等人認(rèn)為哈密頓量的厄米性假定要求過(guò)嚴(yán)，可以放寬到用PT對(duì)稱性假定代替，即假定哈密頓量具有空間—時(shí)間反演對(duì)稱性。根據(jù)這一理論，我們現(xiàn)在認(rèn)識(shí)的量子世界只是PT世界的一種特殊情況（具有厄米性）。李傳鋒研究組在實(shí)驗(yàn)上模擬了一個(gè)這樣的PT世界。他們將糾纏光子對(duì)分發(fā)到兩個(gè)相距25米的實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建非局域量子模擬器。除了糾纏光子對(duì)外，他們的量子模擬器還由一系列量子邏輯門及一個(gè)后選擇操作構(gòu)成。通過(guò)后選擇（成功幾率50%），他們使糾纏光子對(duì)中的一個(gè)光子進(jìn)行PT對(duì)稱演化。量子模擬結(jié)果表明，利用量子糾纏“幽靈般的超距作用”，光子的PT對(duì)稱演化能使信息以超過(guò)1.9倍的光速?gòu)囊粋€(gè)實(shí)驗(yàn)室傳輸?shù)搅硪粋€(gè)實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)然進(jìn)一步的結(jié)果證實(shí)，如果考慮整個(gè)系統(tǒng)（包括成功部分和失敗部分），則總體信息的傳輸速度是不能超過(guò)光速的。

本成果同時(shí)揭示出了兩個(gè)基本而有趣的問(wèn)題：一是在現(xiàn)實(shí)世界中能否找到符合PT對(duì)稱演化的量子系統(tǒng)，一旦找到則意味著有可能進(jìn)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(gè)比量子力學(xué)更基本的理論。（記者吳長(zhǎng)鋒）