量子系统有望比经典计算机更快、更有效地解决一些复杂问题。尽管量子计算机具有潜力，但到目前为止，最终能够证明量子计算机可以在特定任务上胜过经典计算机的数量很有限。
这些研究大多集中在涉及高级计算、模拟或优化的任务上，不是专家可能难以掌握。
牛津大学和塞维利亚大学的研究人员最近在一项称为奇数周期博弈的合作任务中证明了相对于经典场景的量子优势。
他们发表于《物理评论快报》的论文表明，有量子纠缠的团队比没有量子纠缠的团队更能赢得这场比赛。
该论文的第一作者Peter Drmota告诉我们说：“关于量子优势以及量子系统将如何彻底改变整个行业的讨论有很多，但如果你仔细观察，会发现多数情况下，如果没有数学证明，经典方法肯定不能像量子算法那样有效地找到解决方案。尽管如此，还是有一些例子表明量子系统可以证明比经典系统表现得更好，其中许多仍然需要高等数学来传达，这就是我们开始关注非本地博弈的原因。”
相较于其他能够展示量子优势的任务，Drmota及其同事们采用的游戏可以用日常术语来解释，并且可以现实生活中的任何人都可以玩。
“解决游戏”需要找到最佳策略并计算相应的最大获胜概率，非常简单。
Drmota还表示：“我们现在已经在实验室中实现了这个游戏，没有漏洞，玩家可以在实验室中访问远程纠缠，并表明这些玩家在有纠缠的情况下可以比没有纠缠的情况下更频繁地获胜。我们希望提供令人信服的证据，证明量子优势是真实的并且可能有用。”
“奇数周期游戏（研究人员用来证明量子优势的任务）”是一种非局部游戏。
这意味着每个队友都受到裁判的挑战，要求他们在不与伙伴交流的情况下回答查询，如果团队的回答总体上与游戏的获胜条件一致，则团队获胜。
“在奇数周期游戏中，每个玩家都被要求将两种颜色中的一种分配给圆桌上座位数为奇数的盘子，”Drmota解释说。“裁判会随机分配给他们相同的盘子或相邻的盘子。”
为了赢得奇数循环游戏，玩家需要在这张桌子上被分配到相同盘子时返回相同的颜色，当他们被分配到不同的盘子时返回不同的颜色，而不知道哪个座位分配给了他们的伙伴。Drmota和他的同事表明，量子策略，即两个玩家在游戏开始前交换量子纠缠状态，导致比最好的经典策略更高的成功率。
Drmota讲解道：“为了证明量子优势，我们首先确定了获胜概率的经典极限，”“然后，我们纠缠了两个远程锶离子（相距2m），它们由两个独立的离子阱系统Alice&Bob控制。
现在，令人兴奋的结果是，当他们使用量子策略而不是最佳经典策略时赢得比赛的频率要高得多！
对远程纠缠离子进行的测量揭示了参与者之间的相关性，而这在采用经典策略时是不存在的。
通过研究人员采用的量子策略，发现玩家的反应超过了经典物理学设定的极限，量子优势明显。
Drmota说“我们相信这是第一次以有形的方式展示和解释量子优势，非专业观众也可以接受。”此外，基于使用与奇循环游戏中相同的资源，他们证明了在检测漏洞闭合的情况下，物理分离设备之间的非局部分数最高。”
这个研究团队最近的工作表明，量子系统不仅可以在需要高级作业的复杂任务上胜过经典方法，而且可以很容易地向普通观众描述的简单任务上胜过经典方法。
在他们的下一步研究中，Drmota和他的同事计划评估量子策略在其他非局部合作游戏中的潜力。
随后，Drmota补充道，“可以实现不同的非本地游戏，例如Magic Square游戏，这是量子伪心灵感应的一个例子（拥有量子资源的团队每次都可以获胜，而没有量子资源的团队则不能）”。
“为此，我们将利用为最近的分布式量子计算实验开发的高级功能。在未来的研究中，还可以增加实施GHZ游戏的玩家数量，该游戏已被雄辩地塑造为电视游戏节目‘物理学家在猜我的数字中取得胜利’，并作为纠缠辅助通信的典范，这种能力有望在未来的量子互联网中得到广泛应用。”
来源
https://phys.org/news/2025-03-quantum-entanglement-advantage-simple-cooperation.html