http://phys.org/news/2016-06-physicists-infinite-quantum-limits.html
By Lisa Zyga
June 3, 2016
(Phys.org) -- 為了要測定量子技術的終極操作速度有多快，物理學家建立了「量子速限（quantum speed limits）」這樣的概念。量子速限採用「一個量子系統從某種狀態轉變成另一種狀態的速度有多快」這樣的限制，所以像這樣的轉變需要一最小量的時間（通常在奈秒等級）。舉例來說，這表示未來的量子電腦在進行某些計算時，其速度無法快於這些限制所決定的某種時間。
雖然物理學家已在不同類型的量子系統中研究了不同的量子速限，但仍不清楚要達到這種限制的最佳方式為何？又或著有多少種不一樣的量子速限。
現在，一篇發表在 Physical Review X 期刊上的新論文中，來自英國與巴西的 Diego Paiva Pires 等人，利用資訊幾何學的技術證明：量子速限無窮多。他們也發展出一套方法來測定這些速限中的那一些是最嚴謹的，或著換一句話來說：那些速限提供最緊湊的下限（tightest lower bounds）。如研究者的解釋：終極量子速限的尋覓，與時間本身的本質密切相關。
"最近幾年，有非常密集的理論性與實驗性研究活動，一方面要來理解量子力學中的基本概念，例如時間，另一方面要來設計有效的方案來實作量子技術，" Nottingham 大學的共同作者 Gerardo Adesso 表示。"一個能結合與鞏固二個研究領域的基本問題是：「一量子系統演變的時間能有多快？（How fast can a quantum system evolve in time?）」建立一般且嚴格的量子速限，對於評估量子技術最終能有多快至關緊要，因而也能引導設計更有效率的協定，在終極邊界上，或在其附近運作。"
為了要測定某一量子系統從某種狀態演變成另一種狀態的速度有多快，能區別這二種狀態是必要的，且這裡有許多方法能夠辦到。在這項新研究中，物理學家使用一種基於資訊幾何學的一般性方法。從幾何的角度來看，二種可辨別的狀態，可表現為某形狀表面上的二個點，例如球面或其他流形（manifold）。先前的研究證明，能用來測量二種量子態之可區別性（distinguishability）的相應度量（corresponding metrics），有無限多種。
在這項新研究中，物理學家證明，這些度量的每一個都對應到一種不同的量子速限。"最嚴格的" 量子速限是在沿著該流形（manifold）彎曲表面進行測量時，能賦予二點（或狀態）間最短距離（亦稱為測地線 (geodesic)）的度量所決定。
"不同的量子速限從這些不同的度量中浮現，在這種方式下，一給定動力學的最緊湊邊界是由測地線最符合所給定動態路徑（dynamical path）的度量所界定，" 來自 Nottingham 的共同作者 Marco Cianciaruso 解釋。
總的來說，這種新方法在單一的、新的框架中，以統一的方式詮釋先前絕大多數的研究結果。一方面，研究者能夠為某些相關實體（例如正經歷耗散 ( dissipative) 與解同調 (decohering) 演變的量子位元）的量子速限導出迄今最緊湊的邊界。另一方面，他們也能夠證明，先前為其他實體所提出的邊界是真正最理想的邊界 -- 也就是找不到更緊湊的邊界。
在未來，研究者們計畫要實驗性地利用核磁共振（NMR）技術研究由此導出的量子速限。
"我們的發現對於量子資訊、計算、模擬與度量學等領域產生影響，" Sao Carlos 物理研究所的 Diogo Soares-Pinto 表示，他監督此計畫。
※ 相關報導：
＊ Generalized Geometric Quantum Speed Limits
http://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.6.021031
Diego Paiva Pires, Marco Cianciaruso,＊ 量子位元與膜共享令人驚訝的特點
Lucas C. Céleri, Gerardo Adesso, and
Diogo O. Soares-Pinto
Phys. Rev. X 6, 021031
Published 2 June 2016
doi: 10.1103/PhysRevX.6.021031
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