使用量子计算机寻找更强的非定域性

2022 年诺贝尔物理学奖授予 Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger，以表彰他们在量子力学中“量子非定域性”方面的工作。量子非局域性是一种现象，其中连接的粒子可以立即相互影响，而不管分开的距离如何。

想象一下，您拥有一副手套。这些手套是一对，因此无论相距多远，它们都以某种方式相互关联。有一天，您将其中一只手套放入背包中，然后搭乘飞机前往另一个国家，而另一只手套留在家里。根据量子非定域性，如果你改变了你带来的手套的颜色，那么回家的手套颜色也会瞬间改变，尽管相隔很远。

非局域性违反了经典物理学预测的许多概念，在经典物理学中，粒子的属性是预先确定的，并且只有通过直接的物理相互作用或以有限速度传播的场才会发生变化。非局域性对于理解现实的未来、量子力学和量子技术的发展具有广泛的意义。

有几种方法可以定义和解释非局域性。例如，一组称为 Bell 和 CHSH 不等式的数学表达式通过违反不等式证明了非定域性。与此同时，Lucien Hardy 在 1992 年发展了哈代悖论时提出了对量子非局域性的另一种解释。

假设存在三个量 A、B 和 C，其中 A 大于 B，B 大于 C。直观地，根据称为传递性(或物理学中的局部隐变量理论)的基本数学性质，这会使 A 大于 C。

然而，Hardy 指出，C 大于 A 的情况仍然存在。这违反了传递性，并且当粒子彼此纠缠时，这种违反在量子世界中是可能的。换句话说，这是非局域性的。

我们可以用“剪刀石头布”来想象一下。虽然石头打剪刀和剪刀打布很明显，但石头打布是不可能的。纸打石头不符合任何数学推理，因此这是一个悖论。

最近发表在《物理评论 A》杂志上的一项研究对哈代非定域性进行了有趣的揭示。该研究由东北大学前沿交叉科学研究所 (FRIS) 的 Le Bin Ho 博士共同撰写。

“哈代非局域性对于理解基本量子力学具有重要意义，对于加强非局域性的概率至关重要，”Le 说。“我们使用量子计算机和方法来研究哈代非局域性的测量，以提高其概率。”

Le 和他的同事通过提出一个获得更高非局部概率的理论框架来做到这一点。他们通过使用理论模型和量子模拟验证了这一点。

尽管之前的研究表明情况相反，但他们发现非局部概率随着粒子数量的增加而增加。这表明即使在更大的尺度下量子效应也会持续存在，进一步挑战经典物理学理论。

Le 说，这些发现对于理解量子力学及其在通信中的潜在应用具有重要意义。“了解量子非局域性可以带来突破性的技术进步，例如通过非局域性资源通过量子通信安全传输信息。”