Fysiker har utvecklat ett "kvantstoppur" - en metod som lagrar tid (i form av tillstånd för kvantklockor) i ett kvantminne. Genom att göra så, metoden undviker ackumulering av fel som vanligtvis uppstår vid mätning av varaktigheten av en händelseföljd. På det här sättet, kvantstoppuret ökar noggrannheten i mättiden på kvantnivå, vilket är viktigt för applikationer som GPS, astronomiforskning, och distribuerad databehandling.

Fysikerna, Yuxiang Yang, Giulio Chiribella, och Masahito Hayashi, från universiteten i Hong Kong, Oxford, och Nagoya, har publicerat ett papper om kvantstoppurstekniken i ett nyligen utgåva av Förfaranden från Royal Society A .

Som fysikerna förklarar i sitt papper, när det gäller att göra mycket exakta tidsmätningar, vissa klockor är bättre än andra av tekniska skäl. Men alla klockor-oavsett hur välkonstruerade-är föremål för en grundläggande kvantgräns som har sina rötter i Heisenbergs osäkerhetsprincip. På grund av denna kvantgräns, större klockor har mindre mätfel, men ingen klocka kan vara så stor att den är helt felfri.

Som ett resultat av denna gräns, när en eller flera klockor gör flera tidsmätningar - t.ex. när man mäter den totala varaktigheten av en händelseföljd - då ackumuleras felen. Detta leder till en felaktighet som växer linjärt med antalet mätningar.

Kvantstoppurmetoden löser detta problem genom att överföra tillstånden för klockor (vanligtvis bestående av många identiska atomer eller joner) till minnet hos en kvantdator. Datorn bearbetar sedan all data och bestämmer tidsintervallets längd med endast en enda mätning. Som ett resultat, det enda felet är felet på grund av mätningen av en klocka.

"Kvantstoppuret introducerar ett nytt, mer exakt sätt att behandla tidsinformation, "Berättade Chiribella Phys.org . "Innan, de flesta trodde att den enda tillämpningen av kvantklockor var att ge exakt, klassisk information om tid. Klockan var kvant, men utgången var rent klassisk information, som kan lagras i minnet på en klassisk dator. Med stoppuret, vi förstod att bibehållande av tidsinformation i en kvantform kan minska felen med mycket stor mängd. Moralen är:när vi vill kombinera olika tidsinformation, att informationen bättre skulle vara kvant. "

En av utmaningarna med denna idé är att det är mycket svårt att lagra stora mängder information i ett kvantminne, vilket leder till frågan om hur mycket minne som behövs för att lagra tid. I deras tidning, fysikerna härleder en "kvantminnesbunden" som bestämmer det minsta antal qubits som krävs av minnet för att lagra klockstater med en viss noggrannhet.

Övergripande, fysikerna hoppas att genom att visa att kvantdatorer kan användas för att öka noggrannheten i tidsmätningar, kvantstoppuret kommer att ge ytterligare motivation för utvecklingen av kvantdatorer. De förväntar sig att en av de största utmaningarna för att experimentellt förverkliga kvantstoppursmetoden kommer att vara kodning och avkodning av staterna med hög noggrannhet. Efter ytterligare förbättringar, kvantstoppursmetoden kan ha en mängd nya tillämpningar.

"Ett spännande tillämpningsområde är utvecklingen av nätverk av kvantklockor, "Sa Chiribella." Tänk dig att ett antal kvantklockor sitter på olika positioner i rymden, och kan kommunicera med varandra genom kvantkommunikationslänkar. Genom att överföra information från en klocka till en annan, vi kan avsevärt förbättra noggrannheten av tidsmätningar i nätverket. Till exempel, vi kan mäta den genomsnittliga tickande frekvensen för klockorna med en precision som inte skulle vara möjlig om klockorna inte var anslutna till varandra. I längden, dessa applikationer kan leda till en kvantförbättrad GPS-teknik, som kunde lokalisera objekt med en precision utöver precisionen i våra nuvarande GPS -enheter. "

© 2018 Phys.org