研究人员建立了网络中非局域量子行为的标准

一项新的理论研究提供了一个理解非定域性的框架，非定域性是量子网络必须具备的一个特征，才能执行标准通信技术无法访问的操作。通过澄清这个概念，研究人员确定了创建具有强量子相关性的系统所需的条件。

这项发表在《物理评论快报》上的研究采用了量子计算理论的技术，为量子非局域性创建了一种新的分类方案。这不仅使研究人员能够将之前对该概念的研究统一到一个通用框架中，而且有助于证明网络量子系统只有在拥有一组特定的量子特征时才能表现出非局域性。

“从表面上看，量子计算和量子网络中的非定域性是不同的东西，但我们的研究表明，在某些方面，它们是同一枚硬币的两面，”该大学电气和计算机工程教授埃里克·奇坦巴尔(Eric Chitambar)说伊利诺伊州厄巴纳-香槟分校的教授和项目负责人。“特别是，它们需要相同的基本量子操作集来提供经典技术无法复制的效果。”

非局域性是纠缠的结果，其中量子物体即使相距很远的物理距离也会经历很强的连接。当纠缠物体用于执行量子运算时，结果显示出无法用非量子手段解释的统计相关性。这种相关性被认为是非局部的。量子网络必须具有一定程度的非定域性，以确保它能够执行真正的量子功能，但人们对这种现象仍然知之甚少。

为了促进非局域性的研究，Chitambar 和物理学研究生 Amanda Gatto Lamas 应用了量子资源理论的形式主义。通过将非局域性视为要管理的“资源”，研究人员的框架使他们能够将过去对非局域性的研究视为同一概念的不同实例，只是对资源的可用性有不同的限制。这有助于证明他们的主要结果，即非局域性只能通过一组有限的量子运算来实现。

加托·拉马斯解释说：“我们的结果是量子网络，类似于一个重要的量子计算结果，称为戈特斯曼-尼尔定理。” “虽然 Gottesman-Knill 明确定义了量子计算机必须做什么才能超越经典计算机，但我们表明量子网络必须使用一组特定的操作来构建，才能完成标准通信网络无法完成的任务。”

Chitambar 认为，该框架不仅可用于制定基于非定域性程度来评估量子网络质量的标准，而且还可用于扩展非定域性的概念。

“目前，对于两方之间可能出现的非局域性类型有了相对较好的理解，”他说。“然而，人们可以想象，对于由许多互联方组成的量子网络，可能存在某种无法简化为网络上各个对的全局属性。这样的属性可能与网络的整体结构密切相关。”