大自然的速度极限并未在路标上发布，但莱斯大学的物理学家发现了一种推论它们的新方法，该方法比以前的方法更好(在某些情况下无穷无尽)。
赖斯的理论量子物理学家凯登·哈扎德说：“最大的问题是，'信息，质量，能量在自然界中能移动多快?” “事实证明，如果有人将材料交给您，通常很难回答这个问题。”
在今天发表在物理学会期刊PRX Quantum上的一项研究中，Hazzard和Rice的研究生Zhizhi Wang描述了一种计算量子物质中速度极限上限的新方法。
物理学和天文学助理教授，赖斯量子材料中心成员哈扎德说：“从根本上讲，这些界限比以前的界限要好得多。” “这种方法产生的边界常常精确度高出10倍，并且它们的精确度也常常高出100倍。在某些情况下，这种改进是如此显着，以至于我们发现了有限的速度极限，而以前的方法预测的是无限的极限。”
大自然的极限速度是光速，但是在我们周围几乎所有物质中，能量和信息的速度都慢得多。通常，如果不考虑量子效应的巨大作用，就不可能描述这种速度。
在1970年代，物理学家证明了信息的移动速度必须比量子材料中光的速度慢得多，尽管物理学家Elliott Lieb和Derek Robinson率先提出了计算速度上限的数学方法，速度。
哈扎德说：“我的想法是，即使我不能告诉你确切的最高速度，我也可以告诉你最高速度必须小于特定的值。” “如果我能100%保证实际价值小于上限，那将非常有用。”
哈扎德说，物理学家早就知道，利勃罗宾逊方法产生的某些边界“非常不精确”。
他说：“也许可以说，当实际速度为每小时0.01英里时，信息在材料中的移动速度必须低于每小时100英里。” “这没错，但这不是很有帮助。”
PRX Quantum论文中描述的更准确的界限是通过Wang创建的方法计算的。
Wang说：“我们发明了一种新的图形工具，使我们能够解释材料中的微观相互作用，而不仅仅是依靠更原始的特性，例如其晶格结构。”
哈扎德说，王大三是研究生，他在综合数学关系并用新术语重铸数学关系方面具有不可思议的才能。
哈扎德说：“当我检查他的计算结果时，我可以逐步进行，仔细研究这些计算结果，看看它们是否有效。” “但是要真正弄清楚如何从A点到达B点，当您在每一步中可以尝试无限多种选择时要采取哪些步骤，创造力对于我来说真是太神奇了。”
Wang-Hazzard方法可以应用于由以离散晶格运动的粒子制成的任何材料。其中包括经常研究的量子材料，例如高温超导体，拓扑材料，重费米子等。在每种情况下，材料的行为都来自数十亿个粒子之间的相互作用，其复杂性无法直接计算。
哈扎德说，他希望这种新方法能以多种方式使用。
他说：“除了这种基本性质之外，它对于理解量子计算机的性能可能是有用的，特别是在理解它们解决材料和化学中的重要问题需要花费多长时间的时候。”
Hazzard表示，他确定该方法也将用于开发数值算法，因为Wang证明了它可以严格限制经常使用的近似大型系统行为的数值技术所产生的误差。
物理学家使用了60多年的一种流行技术是用一个可以由计算机模拟的小型系统近似一个大型系统。
哈扎德说：“我们在有限的块周围画一个小盒子，对其进行模拟，并希望它足以近似这个巨大的系统。” “但是还没有严格的方法来限制这些近似中的误差。”
用Wang-Hazzard计算范围的方法可能会导致这种情况。
王说，“ 数值算法的误差与信息传播的速度之间有着内在的联系，”王说，他用声音和房间的墙壁来说明这种联系。
“有限的块具有边缘，就像我的房间具有墙壁一样。当我讲话时，声音将被墙壁反射并反射回我。在一个无限的系统中，没有边缘，因此没有回声。”
在数值算法中，误差是回声的数学等效项。它们从有限框的边缘回荡，并且反射破坏了算法模拟无限情况的能力。信息在有限系统中移动得越快，算法如实表示无限的时间就越短。
Hazzard说，他，Wang和他的研究小组的其他成员正在使用他们的方法来制作具有保证误差线的数值算法。
他说：“我们甚至不必更改现有算法，就可以在计算中加入严格的，有保证的误差线。” “但是您也可以翻转它，并使用它来创建更好的数值算法。我们正在对此进行探索，其他人也对使用它们感兴趣。”