量子秒表或将可以把时间存储在量子存储器中

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物理学家开发了一种“量子秒表” - 一种在量子记忆中存储时间（以量子时钟状态的形式）的方法。在这样做时，该方法避免了在测量事件序列的持续时间时通常发生的错误累积。通过这种方式，量子秒表提高了量子水平测量时间的准确度，这对于GPS，天文学研究和分布式计算等应用至关重要。

来自香港，牛津和名古屋的物理学家杨玉祥，朱利奥奇里贝拉和Masahito Hayashi在最近一期“皇家学会学报”A期刊上发表了一篇关于量子秒表技术的论文。

正如物理学家在他们的论文中解释的那样，当谈到进行高度精确的时间测量时，由于技术原因，一些时钟比其他时钟更好。但是所有钟表 - 无论结构如何精良 - 都受到基本量子限制的影响，这种限制源于海森堡的不确定性原理。由于这个量子限制，较大的时钟具有较小的测量误差，但没有时钟可以如此之大以至于完全没有错误。

作为该限制的结果，当一个或多个时钟进行多次时间测量时 - 例如，当测量一系列事件的总持续时间时 - 则误差累积。这导致不准确性随着测量次数线性增长。

量子秒表方法通过将时钟状态（通常由许多相同的原子或离子组成）转移到量子计算机的存储器来解决该问题。然后，计算机处理所有数据，并仅使用单次测量确定时间间隔的长度。结果，唯一的错误是由于测量一个时钟而产生的错误。

“量子秒表引入了一种新的，更准确的时间信息处理方式，”Chiribella告诉Phys.org。“以前，大多数人认为量子时钟的唯一应用是提供有关时间的精确，经典的信息。时钟是量子的，但输出是纯粹的经典信息，可以存储到经典计算机的存储器中。秒表，我们知道以量子形式维护时间信息可以大大减少错误。道德是：当我们想要结合不同的时间信息时，这些信息最好是量子的。”

这种想法的挑战之一是将大量信息存储在量子存储器中是非常困难的，这导致存储时间需要多少存储器的问题。物理学家在他们的论文中推导出一种“量子记忆界限”，它决定了存储器以一定精度存储时钟状态所需的最小量子位数。

总的来说，物理学家希望通过展示量子计算机可以用来提高时间测量的准确性，量子秒表将为量子计算机的发展提供额外的动力。他们期望实验性地实现量子秒表方法的最大挑战之一将是以高精度编码和解码状态。在进一步改进之后，量子秒表方法可以具有各种新的应用。

“一个令人兴奋的应用领域是量子时钟网络的发展，”Chiribella说。“想象一下，许多量子时钟位于太空中的不同位置，并且可以通过量子通信链路相互通信。通过将信息从一个时钟传输到另一个时钟，我们可以大大提高网络中时间测量的准确性。例如，我们可以测量时钟的平均滴答频率，如果时钟没有彼此连接那么精度是不可能的。从长远来看，这些应用可能导致量子增强的GPS技术，它可以定位精度超出当前GPS设备精度的物体。”
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