量子计算机的局限性研究发现完美的时钟是不可能的

关于如何建造量子计算机有不同的想法。但它们都有一个共同点：你使用量子物理系统(例如单个原子)，并通过在特定时间内将它们暴露在非常特定的力下来改变它们的状态。然而，这意味着为了能够依靠量子计算操作提供正确的结果，您需要一个尽可能精确的时钟。

但在这里你遇到了问题：完美的时间测量是不可能的。每个时钟都有两个基本属性：一定的精度和一定的时间分辨率。时间分辨率表示可以测量的时间间隔有多小，即时钟滴答的速度有多快。精度告诉您每个刻度的误差程度。

研究小组证明，由于没有时钟具有无限量的可用能量(或产生无限量的熵)，因此它永远不可能同时具有完美的分辨率和完美的精度。这对量子计算机的可能性设置了根本限制。

量子计算步骤就像旋转

在我们的经典世界中，完美的算术运算不是问题。例如，您可以使用算盘，将木球穿在一根棍子上并来回推动。木珠有明确的状态，每一颗珠子都在一个非常特定的位置，如果你不做任何事情，珠子就会留在原来的位置。

而且无论你快速还是缓慢地移动珠子都不会影响结果。但在量子物理学中，情况更为复杂。

“从数学上讲，改变量子计算机中的量子态对应于更高维度的旋转，”来自维也纳理工大学原子研究所的MarcusHuber团队的JakeXuerb说道，他是《物理》杂志上发表的第一篇论文的第一作者。评论信件。“为了最终达到理想的状态，旋转必须在非常特定的时间内进行。否则，你将状态旋转得太短或太远。”

熵：时间让一切变得越来越混乱

马库斯·胡贝尔(MarcusHuber)和他的团队调查了哪些定律必须始终适用于每一个可以想象的时钟。“时间测量总是与熵有关，”马库斯·胡贝尔解释道。在每一个封闭的物理系统中，熵都会增加，并且变得越来越无序。正是这种发展决定了时间的走向：未来是熵更高的地方，过去是熵更低的地方。

可以看出，每次测量时间都不可避免地与熵的增加相关：例如，时钟需要电池，电池的能量最终通过时钟的机械装置转化为摩擦热和可听见的滴答声——在这个过程中，发生相当有序的状态时，电池会转换成热辐射和声音的相当无序的状态。

在此基础上，研究小组创建了一个数学模型，基本上每个可以想象的时钟都必须遵循该模型。第二篇论文的第一作者FlorianMeier表示：“对于给定的熵增加，需要在时间分辨率和精度之间进行权衡。”该论文现已发布到arXiv预印本服务器上。“这意味着：时钟要么走得快，要么走得精确——两者不可能同时出现。”

量子计算机的限制

这种认识现在给量子计算机带来了一个自然的限制：时钟可以实现的分辨率和精度限制了量子计算机可以实现的速度和可靠性。“目前这不是问题，”胡贝尔说。

“目前，量子计算机的精度仍然受到其他因素的限制，例如所用组件的精度或电磁场。但我们的计算也表明，今天我们距离时间测量的基本极限已经不远了。发挥决定性作用。”

因此，如果量子信息处理技术进一步提高，就不可避免地要面对非最优时间测量的问题。但谁知道呢：也许这正是我们了解量子世界有趣的东西的方法。