I fisici hanno sviluppato un "cronometro quantistico", un metodo che memorizza il tempo (sotto forma di stati di orologi quantistici) in una memoria quantistica. Così facendo, il metodo evita l'accumulo di errori che solitamente si verifica quando si misura la durata di una sequenza di eventi. In questo modo, il cronometro quantistico aumenta la precisione della misurazione del tempo a livello quantistico, essenziale per applicazioni come GPS, ricerca astronomica, e calcolo distribuito.

I fisici, Yuxiang Yang, Giulio Chiribella, e Masahito Hayashi, dalle università di Hong Kong, Oxford, e Nagoya, hanno pubblicato un articolo sulla tecnica del cronometro quantistico in un recente numero del Atti della Royal Society A .

Come spiegano i fisici nel loro articolo, quando si tratta di effettuare misurazioni del tempo altamente accurate, alcuni orologi sono migliori di altri per ragioni tecnologiche. Ma tutti gli orologi, non importa quanto siano ben costruiti, sono soggetti a un limite quantistico fondamentale che ha le sue radici nel principio di indeterminazione di Heisenberg. A causa di questo limite quantistico, orologi più grandi hanno errori di misurazione più piccoli, ma nessun orologio può essere così grande da essere completamente privo di errori.

Per effetto di questo limite, quando uno o più orologi effettuano più misurazioni del tempo, ad esempio quando si misura la durata totale di una sequenza di eventi, gli errori si accumulano. Questo porta ad un'imprecisione che cresce linearmente con il numero di misurazioni.

Il metodo del cronometro quantistico risolve questo problema trasferendo gli stati degli orologi (tipicamente costituiti da molti atomi o ioni identici) alla memoria di un computer quantistico. Il computer quindi elabora tutti i dati e determina la lunghezza dell'intervallo di tempo utilizzando una sola misurazione. Di conseguenza, l'unico errore è l'errore dovuto alla misurazione di un orologio.

"Il cronometro quantistico introduce un nuovo, modo più accurato di elaborare le informazioni sui tempi, "Chiribella ha detto Phys.org . "Prima, la maggior parte delle persone pensava che l'unica applicazione degli orologi quantistici fosse quella di fornire precisi, informazioni classiche sul tempo. L'orologio era quantico, ma l'output era un'informazione puramente classica, che potrebbe essere immagazzinato nella memoria di un computer classico. Con il cronometro, abbiamo capito che mantenere le informazioni temporali in forma quantistica può ridurre gli errori di una quantità molto grande. La morale è:quando vogliamo combinare diverse informazioni temporali, che le informazioni dovrebbero essere quantistiche."

Una delle sfide con questa idea è che archiviare grandi quantità di informazioni in una memoria quantistica è molto difficile, il che porta alla domanda su quanta memoria è necessaria per immagazzinare il tempo. Nella loro carta, i fisici derivano un "limite di memoria quantistica" che determina il numero minimo di qubit richiesti dalla memoria per memorizzare gli stati di clock con una certa accuratezza.

Globale, i fisici sperano che, dimostrando che i computer quantistici potrebbero essere utilizzati per aumentare l'accuratezza delle misurazioni del tempo, il cronometro quantistico fornirà ulteriore motivazione per lo sviluppo di computer quantistici. Si aspettano che una delle maggiori sfide per realizzare sperimentalmente il metodo del cronometro quantistico sarà la codifica e la decodifica degli stati con un'elevata precisione. Dopo ulteriori miglioramenti, il metodo del cronometro quantistico potrebbe avere una varietà di nuove applicazioni.

"Un'interessante area di applicazione è lo sviluppo di reti di orologi quantistici, " Disse Chiribella. "Immagina che un certo numero di orologi quantistici si trovino in posizioni diverse nello spazio, e possono comunicare tra loro attraverso collegamenti di comunicazione quantistica. Trasferendo le informazioni da un orologio all'altro, possiamo migliorare notevolmente l'accuratezza delle misurazioni del tempo nella rete. Per esempio, possiamo misurare la frequenza media di ticchettio degli orologi con una precisione che non sarebbe possibile se gli orologi non fossero collegati tra loro. A lungo termine, queste applicazioni potrebbero portare a una tecnologia GPS quantistica, che potrebbe localizzare oggetti con una precisione oltre la precisione dei nostri attuali dispositivi GPS."

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