以色列理工学院最新研究：量子计算机也有速度极限本文转自：澎湃新闻根据以色

本文转自：澎湃新闻根据以色列理工学院的最新研究，量子计算机确实有速度极限。
相比于传统计算机，量子计算机的运算速度能达到指数级的提升，但量子计算机受到的速度限制，理论上并不止一个。
近日，以色列理工学院团队尝试突破量子物理学的边界，提出并证明量子计算机的速度极限。这一研究成果发表在《科学进展》(Science Advances)上。

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与笔记本电脑或智能手机不同，一些量子计算机将原子作为物质波进行处理，其速度限制取决于在这些物质波中信息的转换速度。
据论文，量子力学对量子态随时间变化的速度设定了基本限制。两个著名的量子速度极限理论是曼德尔斯坦和塔姆提出的速度限制(MT Bound)和马尔高拉斯-莱维丁定律（ML Bound）。研究团队通过使用快速物质波的干涉测量法，跟踪光阱中单个原子的运动，同时测试了在多能级系统中的这两个速度极限。
“我们知道量子态的发展有两个公认的速度极限。”以色列理工学院研究员Gal Ness说道， “曼德尔斯坦和塔姆认为，量子态的发展速度要慢于其能源不确定性的倒数(乘以某些常数) 。而另一个极限（ML Bound）则将量子态发展的最大速度与平均能量本身联系起来。”

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要理解为什么量子计算机会有速度限制，就要理解速度极限理论所应用的领域。量子计算机不会运行0和1的二进制系统，即比特，而是使用量子位，或量子比特进行运算。
在量子物理学中，原子被看作是物质的波动。比特的位值只能是0或1 。而量子位作为基本的信息单位，能同时以0和1两种可能的状态存在。
量子位可以是任何类型的粒子，以色列理工学院在此次实验中使用的是铯原子，因为铯原子的运动方式是可控的。研究人员让铯原子从一个薄碗的侧面滚下来，观察它们的运动。随着一个量子位的移动，它的量子信息在不断地变化。而要确定量子计算机能以多快的速度计算，就意味着要找到信息在原子中开始变化的最初点。这就是为什么在实验开始时，需要将原子或物质波放入叠加状态，来观察它们会如何变化。
“叠加意味着，当一个传统比特有一个0或1的值时，每个量子位可以同时是0和1 。”Ness说， “与保存在时间中的传统储存不同，波函数（物质波的波幅）会不断变化，所以它具有固定的时间度量。这种固定的时间周期被称为量子位的‘相位’ 。”
为了创造出以量子叠加状态存在或以两种状态同时存在的原子，研究人员需要克隆它们。他们利用非常快的光脉冲来进行克隆，这就好像同一个原子能够同时滚动和静止。因为原子的一种状态保持静止，物质波就不会改变。克隆体是利用量子干涉进行比较的，量子干涉是物质波干涉自身的叠加效应，这样就可以精确地找出两个物质波中的不同之处。研究团队需要以此找出量子的速度极限，因此他们创造了两个波函数的克隆体，这样一个可以继续变化，而另一个作为参考，在时间中保持静止。
“干扰是一种利用系统波浪式特性来突出波与波之间差异的方式。”Ness介绍， “为了探测量子的速度极限，我们需要有初始的波函数和变化后的波函数在某个时间t之间重叠的精确数字。通过量子干涉，我们探究了这两个克隆体之间的区别。”