一项新研究缩小了理论速度限制未来将能够传输和处理信息。
系统有潜力比传统计算机以指数速度执行某些计算。 因此，它们可以为解决复杂问题提供巨大的优势，例如搜索庞大的数据库、破解现代技术，以及为药物开发建立原子级系统建模。
这些计算机的基本构建块是量子位或量子位。 虽然存在多个候选粒子，但大多数（如果不是全部）量子位都是单个原子。
信息存储在这些原子粒子的磁自旋上，这些原子粒子可以指向“向上”或“向下”——被认为相当于二进制代码的 0 和 1 的状态。
重要的是，量子位可以利用一种称为叠加的奇怪量子现象，它允许自旋同时存在于两种状态。 可扩展的需要数千个这样的量子位在不同的距离上协同工作。 这些粒子会通过另一种称为“量子比特”的现象快速将信息传输到其他量子位。。
问题是，通过纠缠分布在不同距离的粒子之间，信息传输的速度到底有多快？
“之前的结果表明，当量子位之间的相互作用是长距离时，纠缠在整个系统中传播所需的时间可能非常小，因此当相互作用是长距离时，信息传输的速度非常快，”迈克尔·福斯-费格，美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的物理学家告诉 IEEE Spectrum 的 Jeremy Hsu。
“我们的结果对在给定规模的系统中分发信息和纠缠所需的时间设置了更严格的限制。”
近日，该队的成绩发表在日记中物理评论快报，建立在之前探索量子计算理论速度极限的两篇论文的基础上。
这第一篇论文于 1972 年发表，发现量子位交换信息的速度存在有限速度限制，前提是它们只能与隔壁的量子位在相对较短的距离内进行交换。 作为Hsu 为 IEEE Spectrum 指出，这个极限被称为利布-罗宾逊界限。
这第二次研究于 2005 年发表，它对量子位与非相邻量子位在更远距离上进行通信的速度感兴趣——这是需要连接不同组件的量子系统的一个重要考虑因素。 它表明，更长距离的相互作用实际上可能会导致更快的速度限制。
福斯-费格在一份报告中说：“这些结果表明量子计算机可能能够运行得非常快，比任何人想象的都要快得多。”新闻稿“但在接下来的十年里，没有人看到任何证据表明信息实际上可以传播得那么快。”
测量量子相互作用的速度有点像排列多米诺骨牌并计算连锁反应最后一张倒下所需的时间。 探索量子世界这一方面的物理学家经常将几个粒子排列起来，观察第一个粒子自旋变化的速度如何影响最远的粒子。
NIST 团队分析了多年的研究，表明 2005 年研究预测的速度限制太大，并开发了一种新的数学理论，该理论限制了量子信息通过自旋态相互作用传播的速度。
“我们的限制越严格越好，因为这意味着我们将对量子计算机的功能有更现实的期望，”福斯-费格说。
该团队目前正在努力完善其速度限制预测，但随着Hsu 为 IEEE Spectrum 进行解释，这项工作有一个警告：“他们的计算基于长程纠缠相互作用以特定速率衰减的假设。如果纠缠相互作用根本不随距离衰减，理论上量子位可以将信息瞬时传输到另一个距离很远的量子位。”
如果真是这样，量子计算机可能仍然是速度恶魔。
来源：IEEE 频谱
