量子比特以重复时期旅途演化突破始终量子极限

一个粗造的三量子比特安装展示了重复适度何如随时期推移不测地增强量子行为。

数十年来，物理学家以为，即使是最奇异的量子物体，其行为在时期维度上的关联强度也存在一个硬性极限。非论一个系统具有何等强的量子性，东说念主们以为其当今与往日和畴昔的关联经由都存在一个上限。然则，当今，一个来自印度和波兰的辩论团队标明，哄骗量子比特——量子时间最基本的构建单位之一，不错戏剧性地冲破这一极限。

他们让一个量子比特在不同的时期演化重复态（即一个量子物体不错同期存在于多种状况的特色）下进行演化，从而将量子关联（量子物体或系统之间的关联）推向了始终被以为安如磐石的界限除外。这一效果不仅增进了咱们对量子性随时期变化的真正含义的解析，况且为量子议论机和传感器偶然以比以前更长的沉稳责任时期运行指出了新路线。

经典与量子物体之别

这项辩论的中枢是1985年由物理学家安东尼·莱格特和阿努帕姆·加格提议的一个有名想想。他们引入了一种数学磨练才能，当今称为莱格特-加格不等式，用于磨练一个物体在不同时间点被测量时，其行为像经典物体还是量子物体。经典物体治服这个不等式，而量子物体不错违背它，因为它们在不同时间的属性具有终点利害的关联。然则，表面学家以为，即使是量子系统，也只可违背这个不等式到一个严格的极限值，即所谓的时期性王人雷尔松界限。

在惯例的量子演化框架下，突破这个界限被以为是不成能的，但这项新辩论标明，这个假定并非老是正确的。辩论东说念主员提议，与其迫使一个量子系统仅遵命一种时期演化，不如让它同期遵命两种不相容的演化。用闲居话语来说，这就像敕令一个旋转的物体同期顺时针和逆时针旋转。这在经典寰宇毫无意旨，但在量子力学中通过重复态是允许的。

挑战莱格特-加格不等式

该辩论的作家专注于量子比特，即经典比特的量子版块，亦然量子议论机的基本单位。在他们的实验中，他们使用了一种有用承载三个量子比特的分子，并哄骗核磁共振时间进行辩论。每个量子比特都有特定的扮装：第一个量子比特看成适度器，被制备在量子重复态，这个适度器决定第二个量子比特（筹谋量子比特）将何如演化；第三个量子比特则用于在不同期刻读取筹谋量子比特的信息。

往往情况下，当一个量子比特在单一、明确界说的法则（称为幺正演化）下随时期演化时，它违背莱格特-加格不等式的经由受TTB截至。然则，在这个实验中，适度器量子比特使筹谋量子比特同期处于两种不同演化的重复态中。效果，筹谋量子比特同期遵命了两条不同的历史旅途。

当辩论东说念主员测量筹谋量子比特在不同时间的行为关联时，他们发现对莱格特-加格不等式的违背经由远远跳跃了TTB。更病笃的是，这种增强并非当场。辩论东说念主员标明，时期演化被置于重复态的经由越强，违背的幅度就越大。这意味着这种效应不错被详细地抨击和适度。

当引入噪声和环境插手（即退不时）时，发生了更令东说念主骇怪的事情。退不时往往会飞速交集量子行为，截至量子比特存储或措置信息的时期。然则在这里，时期演化的重复态使得量子关联抓续的时期要长得多。事实上，在实验中，筹谋量子比特保抓可测量的量子时期关联的时期比往往情况长约五倍。

辩论作家指出："咱们在核磁共振系统中实验齐全了幺正演化的重复，并展示了这种增强的违背。在存在噪声的情况下，这种幺正演化的重复显耀蔓延了违背莱格特-加格不等式的时期，展示了其抗击退不时的雠校鲁棒性。"

下一步挑战是边界化

从根底层面上看，这项辩论改动了咱们对量子系统随时期演化的解析。违背TTB意味着量子系统的往日与畴昔之间的关联不错比之前以为的强得多。这鼓舞了量子寰宇根除和经典行为启动的分界。

从施行角度来看，这项责任为量子时间提供了一个宏大的新器用。抓久且可控的量子行为关于量子议论至关病笃，因为脆弱的量子比特需要极其精准的操控。相似的想想也故意于量子计量学，举例对磁场或电磁场的超机灵测量，更强且更抓久的量子关联不错平直莳植性能。

然则，咫尺的演示是在全心适度的实验室环境下，使用核磁共振系统完成的。要将这些想想膨胀到更大、更复杂的量子缓助上将面对挑战。畴昔的责任将侧重于在其他平台上测试肖似的时期演化重复，并解析这些极点的时期关联在更一般的测量场景中何如进展。

该辩论已发表在《物理评述快报》期刊上。

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