物理学家发现移动量子信息的新速度极限

迄今为止，量子计算的未来发展的科学进展涉及许多不同（但相关）领域的许多不同突破，现在有一个新的进展要报告：发现了一个关键的量子速度限制。 O$%C(n(  
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这项最新研究回答了一个基本问题——量子过程能达到多快？这是一条有用的信息，可帮助您了解要构建量子计算机还是量子网络，因为它告诉您系统固有的一些局限性。 M9
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值得庆幸的是，对于那些不是量子物理学家的人来说，这项新研究背后的团队提供了一个易于理解的类比，其中包括一个熟练的服务员带着一盘饮料四处奔波。服务员在不洒任何液体的情况下，能以多快的速度分发所有饮料？ w%1B_PyDg  
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事实证明，答案是要小心地在某些位置加速和减速，并在需要时装饮料的杯倾斜，以免溢出。而在这里，科学家使用冷却的铯原子代替饮料，并使用由两个激光束作为“饮料托盘”。 R?Q@)POW  
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当两个激光束彼此精确对准时（物理学家称为这种反向传播），就会形成这样的陷阱（称为光学晶格），从而形成形状像一堆峰和谷的明确定义的干涉。 m//(1hWv7  
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为了进行传输，将原子放入这些谷中，并使二维晶格开始运动，这与传送带不同。研究的目的是弄清楚该装置可以移动多快而不会破坏原子。 y)v'0q  
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“我们将原子加载到这些谷中的一个，然后使驻波运动——这使谷本身的位置发生了位移。”来自德国波恩大学的物理学家安德里亚·阿尔贝蒂（Andrea Alberti）说，“我们的目标是使原子在尽可能短的时间内到达目标位置，而不会溢出到谷之外。” &Sc}3UI/F  
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该设置解决了将量子信息从一个地方完全转移到另一个地方的物理限制。尽可能快地移动它有助于防止外界干扰，但是移动得太快会丢失关键数据。 [pmZ0/l  
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科学家发现，需要精心校准的加速度和减速度才能达到传输量子数据的最佳整体速度极限，而不是始终保持恒定速度。 UJ)\E ^Hp  
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这是第一次以这种方式测量更复杂的传输（系统需要在传输过程中穿越多个量子状态），更简单的状态的量子速度限制已经确定。 0=s+bo1  
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以发现它的物理学家的名字命名的简单状态的曼德尔斯坦-塔姆界极限在这里不适用。但是，它所做的只是为研究人员提供了一个起点：能量不确定性（自由粒子在能量状态之间如何移动）的思想对于最大传输速度至关重要。 6yF4%Sz9  
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对于更远距离的更复杂场景，能量不确定性与粒子必须通过的中间状态数量（无干扰）成功到达其目标所起的作用有关。最终，更复杂的量子系统具有较低的速度限制。 ^G#=>&,  
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现在，我们知道原子在不失去原始状态的情况下从一个地方移动到另一个地方的最快速度——在这项研究中，在0.5微米距离内每秒17毫米——我们知道我们能够以多快的速度在量子计算机系统内推动类似的传输。 A"C%.InZ  
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量子态的主要问题之一是它们的脆弱性或较短的相干时间——它们可以保持稳定的时间。这项新的研究使我们更加了解如何充分利用这段时间。 ~?6V-m{>#  
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"我们的研究表明，在一致性时间里，我们可以执行的最大操作次数。"阿尔贝蒂说，“这使得最佳利用它成为可能。” 5\f*x
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该研究已发表在国际顶级物理学期刊《Physical Review X》上。