Naukowcy wykorzystali kwantowy efekt motyla do opracowania metody porównywania wydajności komputerów kwantowych. Pomogło im to w pokonaniu eksperymentalnego wyzwania w fizyce, które od dawna intrygowało badaczy.
Bin Yan, teoretyk kwantowy z Los Alamos National Laboratory, uważa, że ta metoda otwiera drogę do określania zdolności komputerów kwantowych do przetwarzania informacji. Dodaje, że technika ta ma również zastosowanie do badania utraty informacji w innych złożonych układach kwantowych.
Yan, który jest współautorem badań opublikowanych w Physical Review Letters, powiedział: „nasz protokół kwantyfikuje kodowanie informacji w systemie kwantowym i jednoznacznie odróżnia je od fałszywie pozytywnych sygnałów w zaszumionym tle, spowodowanych dekoherencją kwantową”. To powoduje różnego rodzaju problemy, które trzeba rozwiązywać, zanim na dobre zaczniemy korzystać z komputerów kwantowych. A naukowcy twierdzą, że już niedługo będziemy mieli do czynienia z w pełni rozwiniętymi urządzeniami tego typu. Więcej możesz dowiedzieć się z naszego wpisu „Do 2029 roku ma powstać w pełni funkcjonalny komputer kwantowy”.
Jak w ogóle porównywać wydajność komputerów kwantowych?
W złożonym systemie, takim jak komputer kwantowy, szum, w postaci dekoherencji, ma tendencję do łączenia się z otoczeniem i wymazywania wszystkich informacji kwantowych. Jednak te, które są zakodowane poprzez chaos kwantowy, rozprzestrzeniają się po całym systemie i są chronione. Dzięki temu można je odzyskać. Podczas gdy koherencja to stan kwantowy, który ułatwia obliczenia kwantowe, dekoherencja to utrata tego stanu w postaci informacji, która rozprzestrzenia się w otoczeniu.
Yan wyjaśnił, że „nasza metoda, która czerpie z kwantowego efektu anty-motyla, który odkryliśmy dwa lata temu, ewoluuje system do przodu i do tyłu w czasie pojedynczej pętli. Dzięki temu możemy ją zastosować do każdego systemu z odwracającą czas dynamiką, w tym komputerów kwantowych i symulatorów kwantowych wykorzystujących zimne atomy”. Zespół badaczy zademonstrował swój protokół poprzez symulacje na opartych na chmurze komputerach kwantowych IBM.
Brak wystarczających metod rozróżnienia dekoherencji od kodowania informacji utrudniał wcześniej badania nad tym zjawiskiem. Takie szyfrowanie informacji zostało po raz pierwszy zbadane w fizyce czarnych dziur. Później okazało się, że odnosi się to do różnych dziedzin, od chaosu kwantowego w układach wielu ciał, po kwantowe uczenie maszynowe. Kodowanie informacji może być badane przy użyciu platform eksperymentalnych, które obejmują nadprzewodniki, komputery kwantowe w chmurze i uwięzione jony.
Wydajność komputerów kwantowych a fizyka klasyczna
Yan i Nikolai Sinitsyn opublikowali w 2020 roku pracę dowodzącą, że ewoluowanie wstecz procesów kwantowych na komputerze kwantowym w celu uszkodzenia informacji w symulowanej przeszłości powoduje niewielkie zmiany po powrocie do teraźniejszości. Jest to sprzeczne z fizyką klasyczną, w której, podczas pętli czasowej „tam i z powrotem”, informacje są nieodwracalnie rozmazane.
Opierając się na tym odkryciu, Yan, Sinitsyn oraz Joseph Harris, absolwent University of Edinburgh, opracowali specjalny protokół. Przygotowuje on system i podsystem kwantowy, ewoluuje pełny system do przodu w czasie, powoduje zmianę w innym podsystemie, a następnie ewoluuje system do tyłu przez ten sam czas. Pomiar nakładania się informacji między dwoma podsystemami pokazuje, ile informacji zostało zachowanych przez szyfrowanie, a ile utraconych na skutek dekoherencji.
Komputery kwantowe to fascynujący temat, którym często zajmujemy się na naszym blogu. Pisaliśmy o nich na przykład w tekście „Badacze IBM udowodnili, że komputer kwantowy ma przewagę nad klasycznym”.
Źródło: Gadgets360, Los Alamos Reporter i IBM