May 4, 2019

Ученые создали квантовый компьютер, способный видеть будущее

Когда Майл Гу запускает свой новый компьютер, он видит будущее. По крайней мере, 16 возможных его вариантов, причем все одновременно.

Гу, доцент физики в Технологическом университете Наньянга в Сингапуре, 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 LiveScience.

В настоящее время ограничения вычислительной мощности означают, что симулятор команды может одновременно просматривать только 16 возможных вариантов будущего. Однако однажды, когда квантовые компьютеры станут больше, мощнее и привычнее, симуляторы, подобные этому, могут быть расширены для одновременного просмотра бесконечного числа потенциальных значений, пояснил ученый.

Результаты работы помогут, например, прогнозировать погоду или более выгодные инвестиции на фондовом рынке, уверены физики. Кроме того, стало бы возможным даже улучшение обучения ИИ, который также смог бы делать более точные и долговременные прогнозы.

Своим мнением можно поделиться в комментариях под постом с этой новостью в Instagram.