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物理學家開發了一種“量子秒表” - 一種在量子記憶中存儲時間（以量子時鐘狀態的形式）的方法。在這樣做時，該方法避免了在測量事件序列的持續時間時通常發生的錯誤累積。通過這種方式，量子秒表提高了量子水平測量時間的準確度，這對于GPS，天文學研究和分布式計算等應用至關重要。

來自香港，牛津和名古屋的物理學家楊玉祥，朱利奧奇里貝拉和Masahito Hayashi在最近一期“皇家學會學報”A期刊上發表了一篇關于量子秒表技術的論文。

正如物理學家在他們的論文中解釋的那樣，當談到進行高度精確的時間測量時，由于技術原因，一些時鐘比其他時鐘更好。但是所有鐘表 - 無論結構如何精良 - 都受到基本量子限制的影響，這種限制源于海森堡的不確定性原理。由于這個量子限制，較大的時鐘具有較小的測量誤差，但沒有時鐘可以如此之大以至于完全沒有錯誤。

作為該限制的結果，當一個或多個時鐘進行多次時間測量時 - 例如，當測量一系列事件的總持續時間時 - 則誤差累積。這導致不準確性隨著測量次數線性增長。

量子秒表方法通過將時鐘狀態（通常由許多相同的原子或離子組成）轉移到量子計算機的存儲器來解決該問題。然后，計算機處理所有數據，并僅使用單次測量確定時間間隔的長度。結果，唯一的錯誤是由于測量一個時鐘而產生的錯誤。

“量子秒表引入了一種新的，更準確的時間信息處理方式，”Chiribella告訴Phys.org。“以前，大多數人認為量子時鐘的唯一應用是提供有關時間的精確，經典的信息。時鐘是量子的，但輸出是純粹的經典信息，可以存儲到經典計算機的存儲器中。秒表，我們知道以量子形式維護時間信息可以大大減少錯誤。道德是：當我們想要結合不同的時間信息時，這些信息最好是量子的。”

這種想法的挑戰之一是將大量信息存儲在量子存儲器中是非常困難的，這導致存儲時間需要多少存儲器的問題。物理學家在他們的論文中推導出一種“量子記憶界限”，它決定了存儲器以一定精度存儲時鐘狀態所需的最小量子位數。

總的來說，物理學家希望通過展示量子計算機可以用來提高時間測量的準確性，量子秒表將為量子計算機的發展提供額外的動力。他們期望實驗性地實現量子秒表方法的最大挑戰之一將是以高精度編碼和解碼狀態。在進一步改進之后，量子秒表方法可以具有各種新的應用。

“一個令人興奮的應用領域是量子時鐘網絡的發展，”Chiribella說。“想象一下，許多量子時鐘位于太空中的不同位置，并且可以通過量子通信鏈路相互通信。通過將信息從一個時鐘傳輸到另一個時鐘，我們可以大大提高網絡中時間測量的準確性。例如，我們可以測量時鐘的平均滴答頻率，如果時鐘沒有彼此連接那么精度是不可能的。從長遠來看，這些應用可能導致量子增強的GPS技術，它可以定位精度超出當前GPS設備精度的物體。”
（責任編輯：fqj）