物理學(xué)家可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大型量子計(jì)算機(jī)性能的硬性限制

新發(fā)現(xiàn)的計(jì)時(shí)設(shè)備在基本層面上的運(yùn)行方式的權(quán)衡可能會(huì)對(duì)大規(guī)模的性能設(shè)置硬性限制量子計(jì)算機(jī)，據(jù)維也納理工大學(xué)的研究人員稱(chēng)。

雖然這個(gè)問(wèn)題并不十分緊迫，但我們能否將基于量子操作的系統(tǒng)從后臺(tái)原型發(fā)展成實(shí)用的數(shù)字運(yùn)算龐然大物，將取決于我們能否可靠地將這些日子分解成更精細(xì)的部分。研究人員表示，這是一項(xiàng)壯舉，將變得越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。

無(wú)論您是用密西西比州的耳語(yǔ)數(shù)秒，還是用密西西比州鐘擺擺動(dòng)來(lái)劃分秒數(shù)原子約束中的電子，時(shí)間的度量受到物理學(xué)本身的限制。

這些限制之一涉及可以分割時(shí)間的分辨率。任何事件的測(cè)量短于約5.39 x 10^-44秒例如，與關(guān)于宇宙基本功能的理論相抵觸。換句話說(shuō)，它們沒(méi)有任何意義。

然而，即使在我們到達(dá)時(shí)間的沙子中，物理學(xué)家也認(rèn)為需要付出代價(jià)，這可能會(huì)阻止我們繼續(xù)測(cè)量越來(lái)越小的單位。

遲早，每個(gè)時(shí)鐘都會(huì)倒下。鐘擺變慢，電池沒(méi)電了，原子激光器需要重置。這不僅僅是一個(gè)工程挑戰(zhàn)——時(shí)間的行進(jìn)本身就是宇宙從一個(gè)高度有序的狀態(tài)發(fā)展到糾纏不清、混亂的混亂狀態(tài)的一個(gè)特征，這就是所謂的熵。

“時(shí)間測(cè)量總是與熵有關(guān)，”說(shuō)資深作者馬庫(kù)斯·胡貝爾（Marcus Huber）是一名系統(tǒng)工程師，領(lǐng)導(dǎo)著量子信息和量子交叉領(lǐng)域的研究小組熱力學(xué)在維也納理工大學(xué)。

在他們最近發(fā)表的定理中，Huber和他的團(tuán)隊(duì)提出了將熵作為一種熱力學(xué)現(xiàn)象與分辨率聯(lián)系起來(lái)的邏輯，證明除非你觸手可及的無(wú)限能量，否則你的快速滴答作響的時(shí)鐘最終會(huì)遇到精度問(wèn)題。

或者作為該研究的第一作者，理論物理學(xué)家弗洛里安·邁爾（Florian Meier）說(shuō)，“這意味著：時(shí)鐘要么快速工作，要么精確工作——兩者不可能同時(shí)進(jìn)行。

如果你想計(jì)算出在我們宇宙的生命周期中不會(huì)偏離的秒數(shù)，這可能不是一個(gè)大問(wèn)題。但對(duì)于像這樣的技術(shù)量子計(jì)算，這依賴于徘徊在存在邊緣的粒子的氣質(zhì)本質(zhì)，時(shí)機(jī)就是一切。

當(dāng)粒子數(shù)量很少時(shí)，這不是一個(gè)大問(wèn)題。隨著它們數(shù)量的增加，它們中的任何一個(gè)都可能被淘汰出量子臨界狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)上升，從而越來(lái)越少的時(shí)間進(jìn)行必要的計(jì)算。

大量的研究已經(jīng)用于探索量子技術(shù)中潛在的錯(cuò)誤由一個(gè)嘈雜、不完美的宇宙引起.這似乎是研究人員第一次將計(jì)時(shí)本身的物理學(xué)視為潛在的障礙。

“目前，量子計(jì)算機(jī)的精度仍然受到其他因素的限制，例如所用組件的精度或電磁場(chǎng)。說(shuō)胡貝爾。

“但我們的計(jì)算也表明，今天我們離時(shí)間測(cè)量的基本限制起決定性作用的制度不遠(yuǎn)了。

量子計(jì)算的其他進(jìn)步可能會(huì)提高穩(wěn)定性，減少錯(cuò)誤，并為擴(kuò)大規(guī)模的設(shè)備以最佳方式運(yùn)行“爭(zhēng)取時(shí)間”。但是，熵是否會(huì)對(duì)量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大程度有最終決定權(quán)，只有時(shí)間才能證明一切。

這項(xiàng)研究發(fā)表在物理評(píng)論快報(bào).

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