通过使用量子计算机创建“玩具宇宙”测试的新物理规则

量子电路。

使用量子计算机对非赫米特量子力学的模拟已经超越了数百年的惯例。

阿尔托研究人员使用一台IBM量子计算机探索了一个被忽视的物理学领域，并挑战了100年前关于量子信息的珍贵观念。

量子物理学的规则（用于控制很小的事物的行为）使用称为Hermitian哈密顿量的数学运算符。Hermitian算符已经为量子物理学提供了将近100年的支持，但是最近，理论家已经意识到可以将其基本方程扩展为使用非Hermitian的Hermitian算符。新的方程式用一组独特的规则描述了一个宇宙：例如，通过照镜子并反转时间方向，您应该会看到与真实世界相同的版本。在他们的新论文中，由Docent Sorin Paraoanu领导的一组研究人员使用量子计算机创建了一个玩具宇宙，该宇宙按照这些新规则运行。该团队包括论文的第一作者，阿尔托大学的Shruti Dogra博士以及MIPT和Terra Quantum的Artem Melnikov。

研究人员制造了量子比特（量子计算机是进行计算的一部分），并根据非赫米特量子力学的新规则进行工作。他们通过实验证明了一些令人兴奋的结果，而常规的厄米量子力学则禁止这样做。第一个发现是，对量子位进行运算并不能保存量子信息，这是标准量子理论的根本行为，导致诸如史蒂芬·霍金的“黑洞信息悖论”之类目前尚未解决的问题。当他们尝试两个纠缠的量子比特时，第二个令人兴奋的结果出现了。

纠缠是出现在量子位之间的一种相关性，好像它们会经历魔术般的联系，使它们彼此同步。众所周知，爱因斯坦对此概念感到非常不自在，称其为“远距离的怪异动作”。在常规的量子物理学中，不可能通过自行篡改一个粒子来改变两个粒子之间的缠结程度。然而，在非赫米特量子力学中，研究人员仅通过操纵量子位中的一个就可以改变量子位的纠缠水平：这在常规量子物理学中显然是不可行的。

Sorin Paraoanu说：“这些结果令人兴奋的是，现在已经开发出足够多的量子计算机，可以开始将它们用于测试非常规的想法，而这些想法只是数学上的。“通过目前的工作，爱因斯坦在遥远的地方的诡异动作变得更加诡异。而且，尽管我们非常了解发生了什么，但这仍然使您不寒而栗。”

该研究也有潜在的应用。最近开发的几种新颖的基于光学或微波的设备似乎确实符合新规则。本工作为在量子计算机上模拟这些设备开辟了道路。

用超导量子处理器对奇偶时间对称性破坏进行量子模拟的论文发表在《通信物理学》上。这项工作是在芬兰科学院的芬兰量子技术卓越中心（QTF）下进行的。

参考：Shruti Dogra，Artem A. Melnikov和Gheorghe Sorin Paraoanu撰写的“用超导量子处理器破坏奇偶时间对称性的量子模拟”，2021年2月15日，通信物理。DOI：
10.1038 / s42005-021-00534-2