陈根:走进量子传输过程,揭示信息处理极限

文/陈根

了解量子传输的过程可以揭示信息处理的极限。

事实上,完成某一过程所需的最短时间或路径的概念在物理学中有着深厚的渊源:1696年,Bernoulli提出了著名的最速降线问题,即设A和B是铅直平面上不在同一铅直线上的两点,在所有连接A和B的平面曲线中,求出一条曲线,使仅受重力作用且初速度为零的质点从A点到B点沿这条曲线运动时所需时间最短。

尽管如今最速降线问题的摆线,即旋轮线已为人所知。然而,这些解决方案通常不适用于更大的量子系统。

而近日在《物理评论X》上的一项研究中,科学家将两束相向的激光束叠加产生驻波,再将一个铯原子放入波谷,使驻波运动并改变波谷位置,测量了将原子(波包)传输到其15倍宽度以外的最快速度。

研究人员发现,原子的能量自由度越高,就越不易溢出波谷,能够以更快的速度传输。然而,增加自由度需要大量能量,这就限制了传输的速度。相比仅存在两个量子态的短距传输,长距传输中的原子还要经历多级量子态,这进一步限制了速度。

量子传输是量子计算的关键,这项研究为提升其效率带来了可能。事实上,运用神秘的量子力学的量子计算机,超越了经典牛顿物理学极限的特性,对于实现计算能力的指数级增长则成为科技界长期以来的梦想。

尽管对于当前来说,量子计算并不像传统计算那样具有通用性,但其作为通往一个陌生新世界的门户来到我们面前,是一个让我们能够以修正的定义来看待我们当前世界的入口。在更多的探索中,量子计算的大门也逐渐打开。

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