一項新研究縮小了理論速度限制未來將能夠傳輸和處理資訊。
系統有潛力比傳統計算機以指數速度執行某些計算。 因此，它們可以為解決複雜問題提供巨大的優勢，例如搜尋龐大的資料庫、破解現代技術，以及為藥物開發建立原子級系統建模。
這些計算機的基本構建塊是量子位元或量子位元。 雖然存在多個候選粒子，但大多數（如果不是全部）量子位元都是單一原子。
資訊儲存在這些原子粒子的磁自旋上，這些原子粒子可以指向「向上」或「向下」——被認為相當於二進位代碼的 0 和 1 的狀態。
重要的是，量子位元可以利用一種稱為疊加的奇怪量子現象，它允許自旋同時存在於兩種狀態。 可擴展的需要數千個這樣的量子位元在不同的距離上協同工作。 這些粒子會透過另一種稱為「量子位元」的現象快速地將訊息傳送到其他量子位元。。
問題是，透過糾纏分佈在不同距離的粒子之間，訊息傳輸的速度到底有多快？
“先前的結果表明，當量子位元之間的相互作用是長距離時，糾纏在整個系統中傳播所需的時間可能非常小，因此當相互作用是長距離時，訊息傳輸的速度非常快，”麥可‧福斯-費格，美國國家標準與技術研究所 (NIST) 的物理學家告訴 IEEE Spectrum 的 Jeremy Hsu。
“我們的結果對在給定規模的系統中分發信息和糾纏所需的時間設置了更嚴格的限制。”
近日，該隊的成績發表在日記中物理評論快報，建立在先前探索量子計算理論速度極限的兩篇論文的基礎上。
這第一篇論文於 1972 年發表，發現量子位元交換資訊的速度有有限速度限制，前提是它們只能與隔壁的量子位元在相對較短的距離內進行交換。 作為Hsu 為 IEEE Spectrum 指出，這個極限被稱為利布-羅賓遜界限。
這第二次研究於 2005 年發表，它對量子位元與非相鄰量子位元在更遠距離上進行通訊的速度感興趣——這是需要連接不同組件的量子系統的一個重要考慮因素。 它表明，更長距離的相互作用實際上可能會導致更快的速度限制。
福斯-費格在一份報告中說：“這些結果表明量子計算機可能能夠運行得非常快，比任何人想像的都要快得多。”新聞稿“但在接下來的十年裡，沒有人看到任何證據表明信息實際上可以傳播得那麼快。”
測量量子交互作用的速度有點像排列骨牌併計算連鎖反應最後一張倒下所需的時間。 探索量子世界這一方面的物理學家經常將幾個粒子排列起來，觀察第一個粒子自旋變化的速度如何影響最遠的粒子。
NIST 團隊分析了多年的研究，顯示 2005 年研究預測的速度限制太大，並開發了一種新的數學理論，該理論限制了量子資訊透過自旋態相互作用傳播的速度。
“我們的限制越嚴格越好，因為這意味著我們將對量子電腦的功能有更現實的期望，”福斯-費格說。
該團隊目前正在努力完善其速度限制預測，但隨著Hsu 為 IEEE Spectrum 進行解釋，這項工作有一個警告：「他們的計算是基於長程糾纏相互作用以特定速率衰減的假設。如果糾纏相互作用根本不隨距離衰減，理論上量子位元可以將訊息瞬時傳輸到另一個距離很遠的量子位元."
如果是這樣，量子電腦可能仍然是速度惡魔。
來源：IEEE 頻譜
