近来，精细丈量院捆绑系统量子信息处理研讨组与广州工业技能研讨院、广州工业智能研讨院、苏州大学等单位协作，探究了量子速度极限关于量子信息处理的影响，并根据软禁离子试验渠道，试验证明了理论上取得的量子速度的最优上限。该研讨经过量子绝热捷径操作第一次给出了量子速度上限的最优表达式，并在试验上显现了实在的量子演化速度能无限挨近但不会逾越该上限。这项研讨成果2024年5月24日在线宣布在物理学范畴尖端期刊《物理谈论快报》（

  量子力学中的海森堡不确定原理给出了能量改变与时刻之间的权衡联系，由此约束了量子态演化的最大速度。精确了解这种速度约束有助于脚踏实地地推进量子信息技能的运用。量子绝热捷径办法是量子核算中常用的量子调控手法，是经过添加辅佐驱动场的办法完结与传统绝热进程相同的作用，但可以加速量子门操作的速度，有利于在退相干时刻内赶快完结相应的量子进程。因为受制于量子速度极限，量子绝热捷径技能究竟能将量子态的演化速度提高多少是一个遭到广泛重视的问题。根据海森堡不确定原理，辅佐驱动场的功耗与量子态演化速度极限之间有着一种权衡，这种权衡决议了如何故最小化能量本钱完结演化速度的极限。

  研讨人员发现，以往得到的权衡联系并不能精确反映出量子系统实在的演化速度。首要存在的问题有：一、实在的演化速度无法到达理论上求得的量子速度极限。一般运用Cauchy-Schwarz不等式所得到的量子速度极限远大于实在的演化速度，不能精确反映出量子系统的状况；二、量子速度极限无法实在反映量子态自身的演化趋势，有时乃至是彻底相反的描绘。在本项作业的理论研讨部分，研讨人员奇妙地使用s参数化相空间办法对量子速度极限进行二次缩放，然后处理了以上问题。s参数化相空间是一系列相空间的调集，例如，常见的Wigner相空间即s=0景象。因为s参数具有连续性，因而总可以找到一切相空间的一个子集，使得二次缩放后的量子速度极限比以往得到的量子速度极限要更优。研讨人员经过紧量子速度极限的严厉证明，发现最优量子速度极限可以用以往很少重视的s=-∞相空间来描绘，由此提出了一个辅佐驱动场的功耗与量子态演化速度极限之间新的权衡联系表达式。

  针对以上理论上的定论，研讨人员运用离子阱量子控制技能做了验证。离子阱系统是世界上公认的在相干时刻，量子态制备、量子态操作和丈量等要害参数全面超越量子容错核算阈值的系统，是现在最有期望展示量子技能运用优越性的物理系统之一。在本项作业中，研讨人员根据钙离子量子精细丈量渠道，运用量子绝热捷径技能执行了闻名的朗道-齐纳模型（Landau-Zener model）。首先是凭借单个超冷钙离子的三能级结构，使用机器学习等辅佐手法精确制备了不同的初态。然后经过激光的精准控制，丈量到系统的实在量子速度，并与理论定论作比照。成果显现，比较曾经的理论成果，本项研讨中取得的量子速度极限可以实在地反映量子态的演化速度和趋势，更精确地代表了量子速度的极限，即量子速度的最优极限。

  （左）：实践速度与两种量子速度极限随时刻演化的比较。（右）：在朗道-泽那模型的免穿插时刻窗口内，实践的量子速度-功耗权衡联系与理论上的量子速度-功耗权衡联系之间的比照。其间蓝色数据点为试验丈量值，蓝色线条为对试验值的拟合，差错棒为50,000次丈量的标准差；赤色线条为本项目得到的理论成果；紫色线条为本来文献中的理论成果

  该研讨成果为量子信息处理中速度与功耗之间的权衡建立了一个更为精确的解析不等式，并在试验上做了精准的查验。这有助于人们更深化地了解量子力学的根底原理，也能加深对量子技能中内禀存在的根本性约束的了解。

  该研讨得到国家自然科学基金项目、我国博士后基金项目和广州市多项基金项目的赞助。