時間熵 限制量子計算未來的時鐘難題

編譯/高晟鈞

關於如何搭建一個量子電腦,每個人或許都有自己獨特的見解。然而,卻有一點是確定的:單原子量子物理系統是透過在特定時間內,將原子暴露在特定的作用力環境下來改變他們的狀態。這意味著,如果想靠量子計算得到正確的結果,我們將需要一個極為精確的時鐘

熵被科學家稱為「時間的箭頭」。(圖/截取自 SciTechDaily)

每個時鐘都有兩種基本屬性:精確度與時間解析度。時間解析度表示可測量的時間間隔大小;精確度則代表每個刻度的誤差程度。

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可惜的是,世界上不存在完美的時鐘。由於沒有時鐘存在無限量的可用能量(熵),因此它永遠不可能同時具備完美的分辨率與精度,這也很大程度上限制了量子電腦的可能性。

熵:混亂的時間

為了使量子電腦中的原子達到理想的狀態,我們必須在特定的時間內進行調整,但這十分困難。

「時間的測量總是與熵有關。」作者Marcus Huber說道。在每一個封閉的物理系統中,熵都會增加,並變得越來越無序。也是這種特性決定了時間的走向,熵越高的地方是未來,過去則反之。

舉一個比較實際的例子:時鐘需要電池,電池的能量最終會通過時中的機械裝置轉化為熱能、時針與分針轉動的滴答聲。時鐘在維持有序的狀態時,電池會轉換成熱輻射和聲音等無序的狀態。

量子電腦的限制

對於熵的增加,我們必須在時間分辨率與精確度間做權衡。這種限制也成為了量子電腦發展的枷鎖。儘管目前,量子電腦的精確度仍然受到其他更重要的因素所限制,像是所用的元件精確度、電磁場等等。然而,此研究也揭示了,勢必有一天科學家們將面臨時間測量的限制。

因此,倘若量子資訊處理技術進一步提高,就不可避免的要面對非最優時間測量的問題。俗話說:塞翁失馬,焉知非福,也許這便是我們了解量子世界的方法。

資料來源:SciTechDaily

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