Ученые запускают квантовый компьютер, который видит будущее

24 апреля 2019

Майкл Гу, доцент физики в Технологическом университете Наньянга в Сингапуре, запускает свой новый компьютер, который видит будущее. По крайней мере, 16 возможных его вариантов, причем все одновременно.

Ученый работает в области квантовых вычислений, основанных на процессах квантовой физики. Эта отрасль науки использует странные законы, которые управляют мельчайшими частицами вселенной, дабы помочь компьютерам работать более эффективно.

В отличие от классических компьютеров, которые хранят информацию в виде битов (двоичные цифры 0 и 1), квантовые компьютеры кодируют информацию в квантовые биты или кубиты. Эти субатомные частицы, которые, благодаря законам квантовой механики, могут существовать в суперпозиции двух разных состояний одновременно.

Так же, как гипотетическая кошка Шредингера была одновременно и мертва, и жива, пока кто-то не открыл коробку, кубит в суперпозиции может равняться 0 и 1, пока не будет измерен. Хранение нескольких разных результатов в одном кубите может сэкономить тонну памяти по сравнению с традиционными компьютерами, особенно когда речь идет о сложных предсказаниях.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, Гу и его коллеги продемонстрировали эту идею, используя новый квантовый симулятор, который может предсказать результаты 16 различных будущих значений в квантовой суперпозиции. Эти возможные варианты будущего были закодированы в одном фотоне, который двигался по нескольким путям одновременно, проходя через несколько датчиков. Затем исследователи пошли еще дальше, выпустив два фотона вместе и отследив, как потенциальные значения каждого фотона расходились в слегка отличающихся условиях.

Этот механизм квантового предсказания ученые проверили, используя классическую модель под названием Perturbed coin («потревоженная монета»).

«Представьте, что есть коробка, а внутри – одна монета, – сказал Гу. – На каждом этапе процесса кто-то немного встряхивает коробку, поэтому у монеты есть небольшая вероятность перевернуться».

В отличие от традиционного подбрасывания монеты, в котором результат всегда имеет равные шансы, то есть либо орел, либо решка, в случае «потревоженной монетки», исход каждого броска зависит от состояния, в котором находилась монета на предыдущем шаге. Например, если монета перевернется с решки на орла во время третьего встряхивания коробки, то при четвертом, скорее всего, останется орел.

Исследователи провели с монетой два разных эксперимента. В одном из них ее встряхивали сильнее, в другом – слабее. В каждом случае коробку трусили четыре раза, обеспечивая 16 возможных комбинаций решка-орел. После четвертого раза команда закодировала суперпозицию всех 16 результатов в одном фотоне, одновременно показывая вероятность каждого возможного исхода, основываясь на силе, с которой сотрясали эту коробку.

Наконец, ученые объединили суперпозиции монетки, когда ее трусили сильно и когда – слабо, чтобы создать одну карту возможных вариантов значений.

«Это показало нам, как быстро расходятся потенциальные значения в зависимости от того, с какой силой я тряс коробку на каждом этапе», – рассказал Гу.

Источник