Физики, возможно, нашли жесткий предел производительности больших квантовых компьютеров
По мнению исследователей из Венского технологического университета, недавно обнаруженный компромисс в работе устройств для измерения времени на фундаментальном уровне может установить жесткие ограничения на производительность крупномасштабных квантовых компьютеров.
Хотя проблема не совсем актуальна, наша способность развивать системы, основанные на квантовых операциях, из закулисных прототипов в практических гигантов, обрабатывающих числа, будет зависеть от того, насколько хорошо мы сможем надежно разделить дни на все более мелкие части. По словам исследователей, эта задача будет становиться все более сложной.
Считаете ли вы секунды, слушая шепот Миссисипи, или делите их с помощью маятникового покачивания электрона в атомном заключении, мера время ограничено пределами самой физики.
Один из этих ограничений касается разрешения, с которым время может быть разделено. Например, измерения любого события длительностью менее 5,39 x 10-44 секунды противоречат теориям об основных функциях Вселенной. Другими словами, они просто не имеют никакого смысла.
Однако даже до того, как мы доберемся до этой жесткой линии в песках времени, физики думают, что придется заплатить цену, которая может помешать нам продолжать чтобы измерять все меньшие единицы измерения.
Рано или поздно каждые часы останавливаются. Маятник замедляется, батарея разряжается, атомный лазер требует перезагрузки. Это не просто инженерная задача: ход времени сам по себе является характеристикой перехода Вселенной от высокоупорядоченного состояния к запутанному, хаотическому беспорядку, который называется энтропией.
«Измерение времени всегда имеет отношение к энтропии», — говорит старший автор Маркус Хубер, системный инженер, возглавляющий исследовательскую группу на стыке квантовой информации и квантовой термодинамики в Венском технологическом университете.
В своей недавно опубликованной теореме Хубер и его команда излагают логику, которая связывает энтропию как термодинамическое явление с разрешением, демонстрируя, что, если у вас под рукой нет бесконечной энергии, ваши быстро тикающие часы в конечном итоге столкнутся с проблемами точности.
Или, как выразился первый автор исследования, физик-теоретик Флориан Мейер: «Это означает: либо часы работают быстро, либо работают точно – и то, и другое невозможно одновременно».
Это может быть не так. серьезная проблема, если вы хотите отсчитывать секунды, которые не отклонятся за время существования нашей Вселенной. Но для таких технологий, как квантовые вычисления, которые полагаются на темпераментную природу частиц, колеблющихся на грани существования, время решает все.
Это не является большой проблемой, когда число частиц невелико. По мере увеличения их числа возрастает риск того, что любой из них может быть выбит из квантового критического состояния, оставляя все меньше и меньше времени для проведения необходимых вычислений.
Большое количество исследований было посвящено изучению этого явления. потенциал ошибок в квантовых технологиях, вызванных шумной, несовершенной Вселенной. Похоже, это первый раз, когда исследователи рассматривают физику измерения времени как потенциальное препятствие.
«В настоящее время точность квантовых компьютеров все еще ограничена другими факторами, например точностью компонентов. используемых или электромагнитных полей», — говорит Хубер.
«Но наши расчеты также показывают, что сегодня мы недалеко от режима, в котором фундаментальные пределы измерения времени играют решающую роль».
Вероятно, другие достижения в области квантовых вычислений улучшат стабильность, уменьшат количество ошибок и «выиграют время» для оптимальной работы масштабируемых устройств. Но только время покажет, будет ли энтропия иметь решающее слово в вопросе о том, насколько мощными могут стать квантовые компьютеры.
Это исследование было опубликовано в Physical Review Letters.
