由都柏林三一学院马克·米奇森博士领导的量子物理学家联盟的新研究表明，不完美的计时对量子计算机及其应用造成了根本限制。该团队声称，即使是微小的计时误差加起来也会对任何大规模算法产生重大影响，如果量子计算机要实现社会对它们的崇高愿望，那么最终必须解决另一个问题。

该论文发表在《物理评论快报》杂志上。

很难想象现代生活中没有时钟来帮助安排我们的日程安排。每个人的智能手机或手表上都有数字时钟，我们认为精确的计时是理所当然的——尽管这并不能阻止人们迟到。

对于量子计算机来说，精确的计时更为重要，因为它们利用原子、电子和光子等微小粒子的奇异行为来处理信息。

虽然这项技术仍处于早期阶段，但它有望大大加快重要问题的解决速度，例如新药物或新材料的发现。这种潜力推动了私营和公共部门的大量投资，例如2023年初启动的三位一体量子联盟学术-工业合作伙伴关系的建立。

然而，目前量子计算机仍然太小而无法发挥作用。扩大规模的一个主要挑战是用于编码信息的量子态的极端脆弱性。

在宏观世界中，这不是问题。例如，您可以使用算盘完美地添加数字，其中来回推动木珠来表示算术运算。木珠具有非常稳定的状态：每颗木珠都位于特定的位置，除非有意移动，否则它会保持在原位。重要的是，无论快速还是缓慢移动珠子都不会影响结果。

但在量子物理学中，情况更为复杂。

“从数学上讲，改变量子计算机中的量子态相当于抽象高维空间中的旋转，”该论文的第一作者、维也纳理工大学原子研究所的杰克·雪雷布(JakeXureb)说。“为了最终达到所需的状态，旋转必须在非常特定的时间内进行，否则你将状态旋转得太少或太远。”

鉴于真实的时钟永远不会完美，该团队研究了不完美的计时对量子算法的影响。

“量子算法就像在量子计算机上运行的应用程序，”三一学院的米奇森博士解释道。“众所周知，定时错误可能会破坏单个量子逻辑门，而量子逻辑门是量子算法的构建模块。我们的工作将其扩展到完整的量子算法，准确地展示了时钟必须有多精确才能实现给定的计算精度。”

由于更复杂的算法错误会变得更严重，因此最终将对量子计算机构成挑战。

“目前这不是问题，”领导维也纳研究小组的马库斯·胡贝尔教授说。“目前，量子计算机的精度仍然受到其他因素的限制，例如硬件组件的精度或杂散电磁场的影响。但我们的计算也表明，今天我们距离基本极限的状态已经不远了。时间测量将发挥决定性作用。”

该团队很快强调，这一消息并不完全悲观，因为未来可以通过设计巧妙的纠错协议来缓解这个问题。