据国外媒体ScitechDaily的报道，最近科研人员发现即使在具有特定规则的最小粒子世界，物体也无法无限速的运动。波恩大学的物理学家现在已经论证了数学和物理学中的量子最速降线问题，证明了复杂量子操作的速度极限是多少。该研究还涉及麻省理工学院、汉堡大学、科隆大学和帕多瓦大学以及于利希研究中心的科学家。该研究对实现量子计算机非常重要。这一成果发表在著名的《Physical Review X》杂志上，并被美国物理学会的物理学杂志收录。

科研人员通过实验确切地证明了此限制的位置。他们使用铯原子作为参考粒子，两个激光束完美叠加彼此相对，形成一个铯原子的托盘。这种叠加被物理学家称为干扰，产生了驻波光：形成一系列最初不动的山脉和山谷。该项目科研人员阿尔伯蒂（Alberti）解释道：“我们将原子加载到这些山谷中的其中一个，然后让驻波运动，这使山谷本身的位置发生了位移。可以说，我们的目标是使原子在尽可能短的时间内到达目标位置，而不会溢出山谷。”

缩影中存在速度限制这一事实在理论上已经由60多年前的两位苏联物理学家Leonid Mandelstam和Igor Tamm证明。他们得出结论，量子过程的最大速度取决于能量的不确定性，即被操纵的粒子相对于其可能的能量状态有多“自由”：能量自由度越大，速度越快。例如，在原子传输的情况下，铯原子被俘获的谷越深，谷中量子态的能量扩散越多，最终原子可以被更快地传输。

Mandelstam和Tamm的速度限制是基本限制。但只有在某些情况下（即在只有两个量子态的系统中）才能达到目标。物理学家解释说：“例如在我们的情况下，这是在起点和终点非常接近的情况下发生的。” “然后原子在两个位置的物质波重叠，原子可以一口气直接运输到目的地，也就是说它们之间没有任何停顿——就像星际迷航中星际飞船中的隐形传态一样。”

但当距离增加到数十个物质波宽度时情况就不同了，就像在波恩实验中那样，对于这些距离不能直接传送。粒子必须经过几个中间状态才能到达其最终目的地，两级系统变成了多级系统。该研究与两位苏联物理学家所预测的相比，此类过程的速度限制更低，这不仅取决于能量不确定性，还取决于中间状态的数量。这样这项工作提高了对复杂量子过程及其约束的理论理解。

物理学家的新发现对量子计算很重要。量子计算机可能进行的计算主要基于多级系统的操纵。但它们的量子态非常脆弱，只能持续很短的时间，物理学家称之为相干时间。因此重要的是在这段时间内尽可能多地打包计算操作。该研究揭示了相干时间内可以执行的最大操作次数，这使得我们利用它实现最佳效果。（编译/Rainet）