Los físicos han desarrollado un "cronómetro cuántico", un método que almacena el tiempo (en forma de estados de relojes cuánticos) en una memoria cuántica. Al hacerlo, el método evita la acumulación de errores que suele ocurrir al medir la duración de una secuencia de eventos. De este modo, el cronómetro cuántico aumenta la precisión de la medición del tiempo a nivel cuántico, que es esencial para aplicaciones como GPS, investigación astronómica, y computación distribuida.

Los físicos Yuxiang Yang, Giulio Chiribella, y Masahito Hayashi, de las universidades de Hong Kong, Oxford, y Nagoya, han publicado un artículo sobre la técnica del cronómetro cuántico en un número reciente de la Actas de la Royal Society A .

Como explican los físicos en su artículo, cuando se trata de realizar mediciones de tiempo de alta precisión, algunos relojes son mejores que otros por razones tecnológicas. Pero todos los relojes, por muy bien construidos que estén, están sujetos a un límite cuántico fundamental que tiene sus raíces en el principio de incertidumbre de Heisenberg. Debido a este límite cuántico, los relojes más grandes tienen errores de medición más pequeños, pero ningún reloj puede ser tan grande que esté completamente libre de errores.

Como resultado de este límite, cuando uno o más relojes realizan varias mediciones de tiempo, por ejemplo, cuando se mide la duración total de una secuencia de eventos, los errores se acumulan. Esto conduce a una inexactitud que crece linealmente con el número de mediciones.

El método del cronómetro cuántico aborda este problema transfiriendo los estados de los relojes (que normalmente constan de muchos átomos o iones idénticos) a la memoria de una computadora cuántica. Luego, la computadora procesa todos los datos y determina la duración del intervalo de tiempo utilizando una sola medición. Como resultado, el único error es el error debido a la medición de un reloj.

"El cronómetro cuántico introduce un nuevo forma más precisa de procesar la información de tiempo, "Dijo Chiribella Phys.org . "Antes, la mayoría de la gente pensaba que la única aplicación de los relojes cuánticos era proporcionar información clásica sobre el tiempo. El reloj era cuántico pero el resultado fue información puramente clásica, que podría almacenarse en la memoria de una computadora clásica. Con el cronómetro entendimos que mantener la información del tiempo en forma cuántica puede reducir los errores en una cantidad muy grande. La moraleja es:cuando queremos combinar diferentes piezas de información temporal, es mejor que esa información sea cuántica ".

Uno de los desafíos con esta idea es que almacenar grandes cantidades de información en una memoria cuántica es muy difícil, lo que lleva a la pregunta de cuánta memoria se necesita para almacenar el tiempo. En su papel los físicos derivan un "límite de memoria cuántica" que determina el número mínimo de qubits requeridos por la memoria para almacenar estados de reloj con cierta precisión.

En general, los físicos esperan que, al mostrar que las computadoras cuánticas podrían usarse para aumentar la precisión de las mediciones de tiempo, el cronómetro cuántico proporcionará una motivación adicional para el desarrollo de las computadoras cuánticas. Esperan que uno de los mayores desafíos para realizar experimentalmente el método del cronómetro cuántico sea codificar y decodificar los estados con una alta precisión. Después de más mejoras, el método del cronómetro cuántico podría tener una variedad de nuevas aplicaciones.

"Un área de aplicación interesante es el desarrollo de redes de relojes cuánticos, ", Dijo Chiribella." Imagina que varios relojes cuánticos están colocados en diferentes posiciones en el espacio, y pueden comunicarse entre sí a través de enlaces de comunicación cuántica. Al transferir información de un reloj a otro, podemos mejorar en gran medida la precisión de las mediciones de tiempo en la red. Por ejemplo, podemos medir la frecuencia media de tictac de los relojes con una precisión que no sería posible si los relojes no estuvieran conectados entre sí. A largo plazo, estas aplicaciones podrían conducir a una tecnología GPS mejorada cuánticamente, que podría localizar objetos con una precisión más allá de la precisión de nuestros dispositivos GPS actuales ".

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