Quantum stopur gemmer tid i en kvantehukommelse

Fysikere har udviklet et "quantum stopwatch" - en metode, der lagrer tid (i form af tilstande af kvanteure) i en kvantehukommelse. Derved, metoden undgår akkumulering af fejl, der normalt opstår, når man måler varigheden af ​​en hændelsessekvens. På denne måde, kvante stopuret øger nøjagtigheden af ​​målingstid på kvante niveau, hvilket er afgørende for applikationer som GPS, astronomi forskning, og distribueret computing.

Fysikerne, Yuxiang Yang, Giulio Chiribella, og Masahito Hayashi, fra universiteterne i Hong Kong, Oxford, og Nagoya, har udgivet et papir om kvantestopurteknikken i et nyligt nummer af Proceedings of the Royal Society A .

Som fysikerne forklarer i deres papir, når det kommer til at foretage meget nøjagtige tidsmålinger, nogle ure er bedre end andre af teknologiske årsager. Men alle ure-uanset hvor velkonstruerede-er underlagt en grundlæggende kvantegrænse, der har sine rødder i Heisenbergs usikkerhedsprincip. På grund af denne kvantegrænse, større ure har mindre målefejl, men intet ur kan være så stort, at det er helt fejlfrit.

Som følge af denne grænse, når et eller flere ure foretager flere tidsmålinger - f.eks. når man måler den samlede varighed af en hændelsesfølge - så akkumuleres fejlene. Dette fører til en unøjagtighed, der vokser lineært med antallet af målinger.

Kvantestoppurmetoden løser dette problem ved at overføre ure (typisk bestående af mange identiske atomer eller ioner) til ure til en kvantecomputers hukommelse. Computeren behandler derefter alle data og bestemmer længden af ​​tidsintervallet ved hjælp af kun en enkelt måling. Som resultat, den eneste fejl er fejlen på grund af måling af et ur.

"Kvantestoppet introducerer et nyt, mere præcis måde at behandle oplysninger om tid, "Fortalte Chiribella Phys.org . "Før, de fleste mennesker troede, at den eneste anvendelse af kvanteure var at levere præcise, klassisk information om tid. Uret var kvante, men output var rent klassisk information, som kunne lagres i hukommelsen på en klassisk computer. Med stopuret, vi forstod, at vedligeholdelse af tidsinformation i en kvanteform kan reducere fejl med en meget stor mængde. Moralen er:når vi vil kombinere forskellige oplysninger om tid, at oplysningerne hellere skulle være kvante. "

En af udfordringerne med denne idé er, at det er meget svært at lagre store mængder information i en kvantehukommelse, hvilket fører til spørgsmålet om, hvor meget hukommelse der skal til for at lagre tid. I deres papir, fysikerne udleder en "kvantehukommelsesbundet", der bestemmer det mindste antal qubits, som hukommelsen kræver for at lagre urtilstande med en vis nøjagtighed.

Samlet set, fysikerne håber, at ved at vise, at kvantecomputere kunne bruges til at øge nøjagtigheden af ​​tidsmålinger, kvante stopuret vil give yderligere motivation for udviklingen af ​​kvante computere. De forventer, at en af ​​de største udfordringer for at eksperimentelt realisere kvantestopurmetoden vil være kodning og afkodning af staterne med en høj nøjagtighed. Efter yderligere forbedringer, quantum stopwatch -metoden kunne have en række nye applikationer.

"Et spændende anvendelsesområde er udviklingen af ​​netværk af kvanteure, "Sagde Chiribella." Forestil dig, at et antal kvanteure sidder på forskellige positioner i rummet, og kan kommunikere med hinanden via kvantekommunikationsforbindelser. Ved at overføre oplysninger fra et ur til et andet, vi kan i høj grad øge nøjagtigheden af ​​tidsmålinger i netværket. For eksempel, vi kan måle den gennemsnitlige tikkende hyppighed af urene med en præcision, der ikke ville være mulig, hvis urene ikke var forbundet med hinanden. På lang sigt, disse applikationer kan føre til en kvanteforbedret GPS-teknologi, som kunne lokalisere objekter med en præcision ud over præcisionen i vores nuværende GPS -enheder. "

© 2018 Phys.org