速度限制界限量子飞跃：有多快的东西 - 信息，质量，能量 - 进入自然？

王榛子的换向图捕获数学函数的微观细节物理学家通常用于描述量子系统中的能量，从而减少了仅具有两个输入的等式的量子速度限制。

水稻物理学家在量子信息速度方面设置了更准确的限制。

大自然的速度限制在道路标志上没有发布，但米饭大学物理学家发现了一种新的方式来推断它们更好 - 在某些情况下 - 比以前的方法更好。

“大问题是”，任何东西可以快速 - 信息，质量，能源 - 移动本质上？“”米饭的理论量子物理学家Kaden Hazzard说。“事实证明，如果有人向你递给你一种材料，那么一般来说，这是非常困难的，一般来说，回答这个问题。”

在今天发表的美国物理社会期刊PRX量子，哈萨德和大米研究生Zhiyuan Wang描述了一种计算量子物质速度限制的上限的新方法。

“在基本级别，这些界限比以前可用的要好得多，”哈斯德德是一位物理学和天文学助理教授的助理教授和量子材料的稻米中心成员。“这种方法经常产生界限，这是一个更准确的10倍，并且它们对其更准确的100倍并不罕见。在某些情况下，改进是如此戏剧性地，我们发现先前接近预测无限的速度限制。“

Kaden Hazzard是赖斯大学的理论物理学家。

大自然的最终限速是光速，但在我们周围几乎所有物质，能量和信息的速度要慢得多。经常，不可能描述这种速度而不会计量子效应的大作用。

在20世纪70年代，物理学家证明，信息必须比量子材料的光速慢得多，尽管它们无法计算精确的速度解决方案，但物理学家elliott LIEB和Derek Robinson开创了数学方法，用于计算那些上限速度。

“这个想法是，即使我不能告诉你精确的最高速度，我可以告诉你，最高速度必须小于特定值，”哈扎德说。“如果我能为100％保证真正的价值小于上限，这可能非常有用。”

Hazzard表示，物理学家长期以来，LIEB-robinson方法产生的一些界限是“荒谬的不精确”。

“它可能会说，当实际速度以每小时0.01英里的实际速度测量时，信息必须在每小时少于100英里，”他说。““这不是错的，但这不是很有帮助。”

PRX量子纸上描述的更精确的界限由王创建的方法计算。

水稻理论物理学家Kaden Hazzard与学生Zhiyuan王，左，伊恩白，对。

“我们发明了一个新的图形工具，让我们占材料中的微观交互，而不是仅依赖于粗鲁的属性，例如晶格结构，”王说。

Hazzard表示，王是第三年的研究生，有一个令人难以置信的人才，用于综合数学关系并以新的条件重铸它们。

“当我检查他的计算时，我可以一步一步，通过计算流失并看到它们有效，”哈扎德说。“但实际上是如何从点A到P点B，所以在每一步都有一个无限各种各样的事情时，你可以尝试一下措施的一系列步骤，创造力对我来说是惊人的。”

王榛子方法可以应用于由在离散格中移动的颗粒制成的任何材料。包括符合高温超导体，拓扑材料，重型费米物等的Qualt-Light的量子材料。在这些中的每一个中，材料的行为产生数十亿颗粒时数十亿的相互作用，其复杂性超出直接计算。

Hazzard表示，他希望以几种方式使用新方法。

“除了这方面的基本性质之外，它可能对了解量子计算机的性能可能有用，特别是在理解他们采取多久以解决材料和化学中的重要问题，”他说。

赖斯大学志远王是物理和天文学的研究生。

Hazzard表示，他确信该方法也将用于开发数值算法，因为王已显示它可以将近似的数值技术产生的误差放在近似大系统的行为的误差上。

一种流行的技术物理学家已经使用了超过60年的时间是通过可以由计算机模拟的小型来近似大型系统。

“我们在有限的块周围画一个小盒子，模拟这一点，希望足以逼近巨大的系统，”哈扎德说。“但是，在这些近似值中没有严谨的方式。”

计算边界的王哈扎德方法可能导致这一点。

“数值算法的误差与信息传播速度之间存在内在关系，”王说，使用他的声音和房间里的墙壁的声音来说明链接。

“有限的块有边缘，就像我的房间有墙面一样。当我说话时，声音会被墙壁反射并回到我身边。在无限制的系统中，没有边缘，所以没有回声。“

在数值算法中，错误是回波的数学等效物。它们从有限盒的边缘回荡，反射破坏了算法的模拟无限情况的能力。较快的信息通过有限系统移动，算法忠实地代表无限的时间越短。Hazzard表示，他的研究小组中的王和其他人正在使用它们的方法来制作具有保证误差栏的数值算法。

“我们甚至不必改变现有的算法，以便在计算上进行严格，保证错误栏，”他说。“但是您也可以将其翻转并使用它来制作更好的数字算法。我们正在探索这一点，其他人也有兴趣使用这些。“

参考：“收紧位于局部互动系统中的LIEB-robinson”，Zhiyuan Wang和Kaden R.A.Hazzard，2020年9月3日，Prx Quantum.doi：
10.1103 / prxquantum.1.010303.

该研究得到了Welch Foundation（C-1872）和国家科学基金会（PHY-1848304）的支持。