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Quantum speed limits: from Heisenberg’s uncertainty principle to optimal quantum control

不确定性原理 量子 计算机科学 量子信息 量子信息科学 理论物理学 量子态 数学 统计物理学 物理 量子力学 量子纠缠
作者
Sebastian Deffner,Steve Campbell
出处
期刊:Journal of Physics A [Institute of Physics]
卷期号:50 (45): 453001-453001 被引量:242
标识
DOI:10.1088/1751-8121/aa86c6
摘要

One of the most widely known building blocks of modern physics is Heisenberg's indeterminacy principle. Among the different statements of this fundamental property of the full quantum mechanical nature of physical reality, the uncertainty relation for energy and time has a special place. Its interpretation and its consequences have inspired continued research efforts for almost a century. In its modern formulation, the uncertainty relation is understood as setting a fundamental bound on how fast any quantum system can evolve. In this Topical Review we describe important milestones, such as the Mandelstam-Tamm and the Margolus-Levitin bounds on the quantum speed limit, and summarise recent applications in a variety of current research fields -- including quantum information theory, quantum computing, and quantum thermodynamics amongst several others. To bring order and to provide an access point into the many different notions and concepts, we have grouped the various approaches into the minimal time approach and the geometric approach, where the former relies on quantum control theory, and the latter arises from measuring the distinguishability of quantum states. Due to the volume of the literature, this Topical Review can only present a snapshot of the current state-of-the-art and can never be fully comprehensive. Therefore, we highlight but a few works hoping that our selection can serve as a representative starting point for the interested reader.
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