Квантовые ограничения скорости фактически не являются квантовыми
Квантовая механика имеет фундаментальные ограничения скорости — верхние границы скорости, с которой могут развиваться квантовые системы. Однако две группы ученых, работающие самостоятельно, опубликовали статьи, в которых впервые были указаны квантовые ограничения скорости: это классические ограничения.
Результаты удивляют, поскольку предыдущие исследования показали, что квантовые ограничения скорости являются чисто квантовыми по своей природе и исчезают для классических систем.
Обе группы, состоящие из Брендана Шанахана и Адольфо дель Кампо в Университете Массачусетса, а также Аурелия Чену и Норман Марголус в Массачусетском технологическом институте, а другая — Манака Окуяма из Токийского технологического института и Масаюки Ожеки в Университете Тохоку, опубликовали статьи о классические ограничения скорости в Physical Review Letters.
За последние несколько десятилетий физики изучали квантовые ограничения скорости, которые определяют минимальное время для данного процесса в терминах флуктуаций энергии процесса. Тогда квантовый предел скорости можно рассматривать как отношение неопределенности во времени. Хотя эта концепция похожа на принцип неопределенности Гейзенберга, который связывает неопределенность по положению и импульсу, в квантовой механике время рассматривается по-разному.
Тем не менее, сходство между этими двумя отношениями, а также тот факт, что принцип неопределенности Гейзенберга является строго квантовым явлением, уже давно предположили, что квантовые ограничения скорости также «строго-квантовые» и не имеют классического аналога.
Единственным известным ограничением скорости классических систем является то, что объекты могут не двигаться быстрее скорости света из-за специальной теории относительности, но это не связано с соотношением энергия-время в квантовых скоростях.
Новые статьи показывают, что для классических систем существуют ограничения скорости, основанные на компромиссе между энергией и временем, и на самом деле существует бесконечное число этих классических пределов скорости.
Результаты показывают, что пределы квантовой скорости не основаны на каких-либо лежащих в основе квантовых явлений, а являются универсальным свойством описания любого физического процесса, будь то квантового или классического.
«На самом деле понятие информации и различимости объединяет ограничения скорости как в классической, так и в квантовой областях», — сказал дель Кампо.
Поскольку квантовые ограничения скорости имеют потенциальные приложения для понимания максимальных пределов квантовых вычислений, новые результаты могут помочь определить, какие сценарии могут выиграть от квантового ускорения по сравнению с классическими методами.
«Квантовые ограничения скорости имеют множество приложений, от метрологии до квантовых вычислений», — сказал дель Кампо. «Удивительно представить себе последствия классических ограничений скорости, которые мы получили».
Больше информации: B. Shanahan, A. Chenu, N. Margolus, and A. del Campo. «Quantum Speed Limits across the Quantum-to-Classical Transition.» Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.070401. Also at arXiv:1710.07335 [quant-ph]
Manaka Okuyama and Masayuki Ohzeki. «Quantum Speed Limit is Not Quantum.» Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.070402. Also at arXiv:1710.03498 [quant-ph]