量子速度限制可以在量子计算机上放置制动器

量子计算机承诺比今天的计算机更强大。但他们仍然有限 - 诀窍是弄清楚他们是什么。

由马里兰大学教授Sebastian Deffner / January 12, 2018
从左到右,由英特尔制作的7-,17和49个Qubit计算芯片。

在过去的五十年中,标准的计算机处理器有 越来越快地得多。然而,近年来, 对该技术的限制 已经清楚:芯片组件只能如此小,并且在重叠或短路之前只能如此紧密包装。如果公司要继续建立更快的计算机,那么有些东西需要改变。

未来越来越快的计算的一个关键希望是我自己的田野物理学。 量子计算机 预计到目前为止,信息时代发展的任何东西都要快得多。但我最近的研究揭示了这一点 量子计算机将有自己的限制 –并提出了弄清楚这些限制的方法。

理解的极限

对物理学家来说,我们人类住在叫做什么“古典”世界。大多数人只是打电话给它“the world,”并且已经直观地了解物理学:抛出球将其发送,然后在可预测的弧中向下回来。

即使在更复杂的情况下,人们倾向于对如何运作的事情进行无意识的理解。大多数人在很大程度上都掌握了一辆汽车通过燃烧汽油的作品 内燃机 (或者 从电池中提取储存电力),产生通过齿轮和轴转移的能量,以转动轮胎,这将推动抵靠路径向前移动车辆。

根据古典物理法律,这些过程有理论限制。但他们是不切实际的高:例如,我们知道一辆汽车永远不会去 比光速更快 。而无论地球上有多少燃料,或巷道多少或施工方法的强度有多强, 没有车会接近 甚至达到光速的10%。

 

 

 

解释特殊的相对论。

 

 

 

人们从来没有真正遇到世界的实际身体界限,但它们存在,并且具有适当的研究,物理学家可以识别它们。虽然,但最近,学者们只有一个相当模糊的想法 量子物理学也有限制,但没有’知道如何弄清楚他们如何在现实世界中申请。

海森伯格’s Uncertainty

物理学家追溯量子理论的历史回到1927年,当德国物理学家Werner Heisenberg表明古典方法不起作用 对于非常小的物体,那些大致的单个原子的大小。当有人抛出球时,例如,它’很容易确定球在哪里,以及它有多快’s moving.

 

 

 

当它从投手移动时,雷达枪可以跟踪棒球’他的手到主板。 AP照片/查理Riedel

 

 

 

但随着Heisenberg表明,这’S不是真实的原子和亚杀菌粒子。相反,观察者可以看到它是哪里或多快’s moving –但并不是在完全同时。这是一个不舒服的实现:即使从海森伯格解释了他的想法,阿尔伯特爱因斯坦(其中) 对此感到不安。重要的是要意识到这一点“quantum uncertainty”不是测量设备或工程的缺点,而是我们的大脑如何工作。我们已经发展到了习惯了“classical world”工作的是实际的物理机制“quantum world”简单地超出了我们完全掌握的能力。

进入量子世界

如果量子世界中的一个物体从一个地点到另一个位置,研究人员可以’T剩余地留下它离开时也没有何时到达。物理的限制对检测到延迟造成微小的延迟。所以无论运动的速度如何发生,都赢了’在稍后检测到t。 (这里的时间长度令人难以置信的微小–四分之一的千分之一–但加起来超过万亿计算机计算。)

该延迟有效地减慢了量子计算的潜在速度–它强加了我们所说的话“quantum speed limit.”

在过去的几年里,研究,对此 我的组贡献了很大,已经示出了如何在不同条件下确定该量子速度限制,例如在不同磁场和电场中使用不同类型的材料。对于这些情况中的每一个,量子速度限制略高或略低。

对每个人来说’令人惊讶的是,我们甚至发现有时意外的因素有时可以以反向直接方式帮助速度速度。

为了了解这种情况,想象一颗粒子通过水致动颗粒可能是有用的:颗粒在移动时移位水分子。在颗粒上移动之后,水分子迅速返回它们的位置,留下颗粒的痕迹’s passage.

现在想象一下通过蜂蜜行驶的同一个粒子。蜂蜜比水更高的粘度– it’较厚,流动得更慢–因此,在颗粒上移动后,蜂蜜颗粒将需要更长时间才能移动。但在量子世界中,蜂蜜的返回流程可以积压推动量子粒子前方的压力。这种额外的加速度可以制作量子粒子’S速度限制不同于观察者可能否则可能会期望的。

设计量子计算机

随着研究人员了解更多关于这种量子速度限制的,它将影响量子计算机处理器的设计。就像工程师想出如何 缩小晶体管的大小 它们在古典计算机芯片上更紧密地包装它们’LL需要一些巧妙的创新来构建尽可能快的量子系统,尽可能接近最终限速。

谈话那里’对像我这样的研究人员来说,很多很多。它’尚不清楚量子速度限制是否如此高’s unattainable –就像汽车一样,永远不会接近光速。我们不’t完全了解环境中的意外元素–就像这个例子中的蜂蜜一样– can 帮助加速 量子过程。随着基于量子物理学的技术变得更加常见,我们’LL需要了解更多关于量子物理学的限制以及如何为我们所知道的最佳优势的工程系统的信息。

本文最初发布 谈话。阅读 来源文章.


永远不会错过每日Govtech今天的故事时事通讯。

订阅


E.Republic平台& Programs