海森堡极限是无法克服的，但是如果您仔细地计算出它，您会更接近它
量子计算基于量子态的控制。 最近，关于量子计算机如何计算某些东西以及控制这种计算机的能力被认为是理所当然的，越来越多的新闻出现了。 但是实际上，这种控制仍然是量子计算机发展的限制因素。
整个主题的核心是qubit（量子对象），用于编码信息的量子对象。 量子计算机的部分功能来自这样一个事实，即量子位可以转移到叠加状态，从而可以组织并行计算。 量子算法的目的是以这样一种方式来操纵量子位叠加的状态：在测量量子位时，它返回对应于正确答案的二进制值。
这意味着要监视叠加的状态，其中涉及高精度和非常昂贵的设备。 改进通常在于设备变得更便宜。 但是一项
新的研究表明，使用现有的设备和巧妙的技巧，我们也许可以将控制提高1000倍。
要了解控制问题，您需要对叠加有所了解。 在描述量子叠加的状态时，我们通常使用一些约定并说出类似的话：“这意味着粒子同时处于两种状态。”
但是，就我们的目的而言，这还不够，而且，在我看来，无论如何这都是令人困惑的。 量子物体具有几个可测量的特性。 而且，虽然未测量此属性（例如位置），但它没有任何价值。 我们必须根据概率来考虑：如果要进行测量，获得某个值的概率是多少？
一般而言。 特别是，揭示了“波动函数”的极其不寻常的概念，它也是“概率的幅度”。 概率始终为正或为零且为实数，但幅度可以为正，负甚至复杂。 这改变了一切。
假设我们有一个单独的粒子，我们用两个插槽在屏幕上拍摄它。 粒子可以穿过任何插槽或进入屏幕。 在屏幕的另一侧，我们将放置检测器，并问自己一个问题：“检测粒子的概率是多少？”
为此，我们需要添加粒子可以传播到检测器的每个路径的波函数。 幅度可以是正数或负数，因此它们的总和不会总是更大。 它甚至可以变为零。
如果我们为检测器的许多不同可能位置进行计算，则会发现概率为零的许多位置，以及概率相等的许多位置。 如果您进行这样的实验，这将是您要测量的。 一千个单独的粒子穿过裂缝后，将打开从未发现它们的地方，以及经常发现它们的地方。
我要去什么？ 在量子力学中，要准确地预测结果，必须知道粒子可以到达特定位置的所有可能方式。 因此，在我们的示例中，我们必须考虑检测器的两种方式。 因此，人们经常说粒子同时穿过两个缝隙。
但是，附加的波动函数决定了在哪里可以检测到粒子以及在哪里找不到它。 因此，如果您更改粒子可以通过的路径之一，那么您将更改幅度，从而移动可以检测到粒子的位置。
使用叠加
因此，测量该值的可能性取决于概率波的历史。 这包括所有可能的路径。 它可以变成一个很棒的传感器。 我们确实使用该电路以极高的灵敏度测量时间的流逝。 它也可以很好地用于测量其他属性。
一个常见的例子是磁场传感器。 电子可以看作是微小的磁铁。 电子磁铁将在磁场中沿线的方向排列或与线对齐。 因此，我们可以将电子带入叠加状态，在该状态下，电子沿线和线对齐。 磁场会改变两个状态的波函数，而变化的强度取决于磁场的强度。
通过磁场后，我们测量电子磁铁的方向。 唯一的量度并不能告诉我们任何信息，但是在一千个电子之后，我们将具有两个方向的相对概率。 基于此，我们可以计算出磁场强度。
原则上，非常精确的传感器可以这种方式工作。 只有一件事打扰：噪音。 波动函数的含义取决于它们选择的路径（但不一定取决于它们传播的距离）。 在局部环境的影响下，这条路径发生了不可预测的变化，因此每个电子实际上都是衡量我们感兴趣的磁场的影响以及噪声影响的量度。 每个电子的贡献是不同的。 如果噪声很强，则一切将相等，并且两个测量结果将具有相同的概率。
无法降低噪音。 因此，为了获得良好的测量结果，有必要使电子对随机波动的灵敏度降低，而对信号的灵敏度更高。
增加灵敏度
在测量与时间有关的信号时，您需要定期用力踢电子。 在没有脚踢或任何噪音的情况下，电子的概率会随时间平稳变化。 噪声为这些变化带来了飞跃。 您似乎没有注意到波浪在时间上向前或向后跳跃。
但是我们不需要小的跳跃，它们会干扰信号。 取而代之的是，您需要用量子棒球棒击打电子，以产生足够大的跳跃，从而可以交换两种可能结果的波函数（这称为π脉冲）。 如果以固定间隔执行此操作，则该效果会取消在此间隔操作期间由于噪音而出现的所有更改。
因此，如果没有信号，只有噪音，您将不会发现概率的变化。 但是，如果磁场以恒定频率振荡（或更准确地说，使量子比特以该频率振荡），则波函数的变化将累积。
仅当信号在等于两次踢之间的时间间隔内变化时，此方法才有效。 实际上，我们得到了一个非常窄的滤波器（对此说明中的电子设备感兴趣的人可以识别出
同步放大器 ）。
而且，尽管滤波器足够窄，可以使用，但不能平滑地改变频率，因此我们不能扫描不同的频率。 问题是技术。 量子棒球棒通常具有微波脉冲。 必须以某种方式创建这些脉冲，并且良好的信号发生器可以每纳秒更新一次输出信号。 这意味着脉冲之间的间隔（以及每个脉冲的长度）只能改变一纳秒。
假设您需要测量交变磁场的频率和幅度。 您知道磁场以5 MHz的频率变化（这意味着在100 ns内，磁场从完全正值变为完全负值）。 但是您不知道它的确切频率。 要找到磁场，请逐步增加脉冲间隔以覆盖您感兴趣的整个间隙。 而且什么也没找到。 怎么了 因为磁场变化的频率介于您可能的最小步进之间。
量子位控制也会发生相同的问题。 在具有几个量子比特的设备中，每个量子比特都略有不同，因此需要通过一组稍有不同的微波脉冲进行控制。 并且我们工具的分辨率不允许对其进行足够好的优化。
为了解决这个问题，事实证明您需要对电子更有礼貌。 与其持续使用棒球棒，不如轻轻推动电子。 温和的微波脉冲具有增加脉冲的时间分辨率的有趣效果。 结果，我们获得了更高的频率分辨率（以及对量子位的更好控制）。
圆角正方形
在开/关脉冲中，发生器振幅只有两个值。 在平稳地增大和减小的脉冲中，您可以使用整个发生器振幅比例来将每个脉冲的中心位置更改为一个小于一纳秒的值。 实际上，即使自然产生器没有产生中心值，自然也会使用插值来计算动量的中心。
结果，具有14位数模转换器和1 ns时间分辨率的脉冲发生器可以将脉冲中心之间的时间改变1皮秒。 这是千倍的改进。
研究人员表明，这是通过对施加到超导回路的磁场进行光谱分析来实现的。 然后，他们应用了相同的技术来测量钻石中单个碳原子（重
13 C同位素）的
核磁共振频率。 在这两种情况下，他们都能够以比其设备更高的分辨率测量值。
大自然不奇怪吗？
这个成就是非常令人惊讶的。 实际上，
研究人员使用了在任何实验室都可以找到的部分设备，并且使用方法有所不同。 结果是将来只能用脉冲发生器来完成。
但是，尽管我得到了结果并理解了其原因，但我仍然不完全了解它是如何工作的。 自然不会像我们那样插值-至少我不这么认为。 电子或任何选定的量子物体按原样发送脉冲：一组离散电压，在固定的时间段内以固定的步长递增和递减。 不能通过跟踪固定点之间的假想线来神奇地识别脉冲的中心。
我认为所谓的“动量面积”（动量的积分，即字面上的曲线下面积）在这里起作用。 脉冲的中心可以定义为积分达到一半的时间。 对于振幅平滑变化的脉冲，脉冲形状的微小变化可能会发生变化，并且路径一半的值可以通过受控方式获得。
但是我不相信一切都会这样。 该键包含在该区域中，并且对于矩形脉冲，即使时间步长很短，该区域仍可以连续更改。 您只需要更改矩形脉冲的“ on”值的幅度即可。
但是这项技术将对许多人有用。 研究量子计算的人们需要能够控制叠加状态，而这正是技术所需要的。 现在，他们必须能够以更高的精度控制量子态，这意味着存储的量子信息将持续更长时间，并且可以执行更多的计算。 从这个意义上讲，这样的技术代表了向前迈出的重要一步。
有一天，我什至可以理解为什么它比我认为的要好。