量子秒表可以將時間存儲在量子存儲器中嗎

（文章來源：百家號）
? ? ? ?物理學家開發(fā)了一種“量子秒表” - 一種在量子記憶中存儲時間（以量子時鐘狀態(tài)的形式）的方法。在這樣做時，該方法避免了在測量事件序列的持續(xù)時間時通常發(fā)生的錯誤累積。通過這種方式，量子秒表提高了量子水平測量時間的準確度，這對于GPS，天文學研究和分布式計算等應用至關(guān)重要。

來自香港，牛津和名古屋的物理學家楊玉祥，朱利奧奇里貝拉和Masahito Hayashi在最近一期“皇家學會學報”A期刊上發(fā)表了一篇關(guān)于量子秒表技術(shù)的論文。

正如物理學家在他們的論文中解釋的那樣，當談到進行高度精確的時間測量時，由于技術(shù)原因，一些時鐘比其他時鐘更好。但是所有鐘表 - 無論結(jié)構(gòu)如何精良 - 都受到基本量子限制的影響，這種限制源于海森堡的不確定性原理。由于這個量子限制，較大的時鐘具有較小的測量誤差，但沒有時鐘可以如此之大以至于完全沒有錯誤。

作為該限制的結(jié)果，當一個或多個時鐘進行多次時間測量時 - 例如，當測量一系列事件的總持續(xù)時間時 - 則誤差累積。這導致不準確性隨著測量次數(shù)線性增長。

量子秒表方法通過將時鐘狀態(tài)（通常由許多相同的原子或離子組成）轉(zhuǎn)移到量子計算機的存儲器來解決該問題。然后，計算機處理所有數(shù)據(jù)，并僅使用單次測量確定時間間隔的長度。結(jié)果，唯一的錯誤是由于測量一個時鐘而產(chǎn)生的錯誤。

“量子秒表引入了一種新的，更準確的時間信息處理方式，”Chiribella告訴Phys.org?！耙郧?，大多數(shù)人認為量子時鐘的唯一應用是提供有關(guān)時間的精確，經(jīng)典的信息。時鐘是量子的，但輸出是純粹的經(jīng)典信息，可以存儲到經(jīng)典計算機的存儲器中。秒表，我們知道以量子形式維護時間信息可以大大減少錯誤。道德是：當我們想要結(jié)合不同的時間信息時，這些信息最好是量子的?！?/p>

這種想法的挑戰(zhàn)之一是將大量信息存儲在量子存儲器中是非常困難的，這導致存儲時間需要多少存儲器的問題。物理學家在他們的論文中推導出一種“量子記憶界限”，它決定了存儲器以一定精度存儲時鐘狀態(tài)所需的最小量子位數(shù)。

總的來說，物理學家希望通過展示量子計算機可以用來提高時間測量的準確性，量子秒表將為量子計算機的發(fā)展提供額外的動力。他們期望實驗性地實現(xiàn)量子秒表方法的最大挑戰(zhàn)之一將是以高精度編碼和解碼狀態(tài)。在進一步改進之后，量子秒表方法可以具有各種新的應用。

“一個令人興奮的應用領(lǐng)域是量子時鐘網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，”Chiribella說?！跋胂笠幌?，許多量子時鐘位于太空中的不同位置，并且可以通過量子通信鏈路相互通信。通過將信息從一個時鐘傳輸?shù)搅硪粋€時鐘，我們可以大大提高網(wǎng)絡(luò)中時間測量的準確性。例如，我們可以測量時鐘的平均滴答頻率，如果時鐘沒有彼此連接那么精度是不可能的。從長遠來看，這些應用可能導致量子增強的GPS技術(shù)，它可以定位精度超出當前GPS設(shè)備精度的物體?！?/p>