Jacob Hoover
0 
3476
355
Kiedy Mile Gu uruchamia swój nowy komputer, widzi przyszłość. Przynajmniej 16 możliwych wersji - wszystkie naraz.
Gu, adiunkt fizyki na Nanyang Technological University w Singapurze, zajmuje się komputerami kwantowymi. Ta gałąź nauki wykorzystuje dziwne prawa rządzące najmniejszymi cząstkami we wszechświecie, aby pomóc komputerom wydajniej obliczać.
W przeciwieństwie do klasycznych komputerów, które przechowują informacje jako bity (cyfry binarne 0 lub 1), komputery kwantowe kodują informacje w bity kwantowe lub kubity. Te subatomowe cząstki, dzięki dziwnym prawom mechaniki kwantowej, mogą istnieć w superpozycji dwóch różnych stanów jednocześnie.
Tak jak hipotetyczny kot Schrödingera był jednocześnie martwy i żywy, dopóki ktoś nie otworzył pudełka, kubit w superpozycji może równać się 0 i 1, dopóki nie zostanie zmierzony. Przechowywanie wielu różnych wyników w jednym kubicie może zaoszczędzić mnóstwo pamięci w porównaniu z tradycyjnymi komputerami, zwłaszcza jeśli chodzi o tworzenie skomplikowanych prognoz. [Twisted Physics: 7 oszałamiających wniosków]
W badaniu opublikowanym 9 kwietnia w czasopiśmie Nature Communications, Gu i jego koledzy zademonstrowali ten pomysł za pomocą nowego symulatora kwantowego, który może przewidzieć wyniki 16 różnych przyszłości (odpowiednik, powiedzmy, rzutu monetą cztery razy z rzędu) w superpozycja kwantowa. Te możliwe przyszłości zostały zakodowane w pojedynczym fotonie (kwantowej cząstce światła), który przemieszczał się po wielu ścieżkach jednocześnie, przechodząc przez kilka czujników. Następnie naukowcy poszli o krok dalej, wystrzeliwując dwa fotony obok siebie i śledząc, w jaki sposób potencjalna przyszłość każdego fotonu rozeszła się w nieco innych warunkach..
„To trochę jak Doctor Strange w filmie„ Avengers: Infinity War ”- powiedział Gu. Przed kulminacyjną bitwą w tym filmie lekarz-jasnowidz nie może się doczekać, aby zobaczyć 14 milionów różnych przyszłości, mając nadzieję na znalezienie tej, w której bohaterowie pokonują wielkiego złego. „Dokonuje połączonych obliczeń wszystkich tych możliwości, aby powiedzieć:„ OK, jeśli zmienię swoją decyzję w tak niewielki sposób, jak bardzo zmieni się przyszłość? ” To jest kierunek, w którym podąża nasza symulacja ”.
Rzut monetą kwantową
Naukowcy przetestowali swój silnik prognozowania kwantowego przy użyciu klasycznego modelu zwanego zaburzoną monetą.
„Wyobraź sobie, że jest pudełko, a wewnątrz jest jedna moneta” - powiedział Gu. „Na każdym etapie procesu ktoś trochę potrząsa pudełkiem, więc prawdopodobieństwo przewrócenia monety jest niewielkie”.
W przeciwieństwie do tradycyjnego rzutu monetą, w którym wynik zawsze ma równe szanse na bycie orłem lub reszką, wynik każdego wzburzonego rzutu monetą zależy od stanu, w jakim znajdowała się moneta w poprzednim kroku. Gdyby na przykład moneta przerzuciła się od reszty do reszki podczas trzeciego potrząśnięcia pudełkiem, to czwarte potrząśnięcie prawdopodobnie pozostanie reszką.
Naukowcy przeprowadzili dwie różne wersje eksperymentu z monetami: jedną, w której pudełkiem poruszano nieco mocniej, a drugą mniejszymi wstrząsami. W każdym eksperymencie pudełkiem wstrząsano czterokrotnie, uzyskując 16 możliwych kombinacji orłów i ogonów. Po czwartym kroku zespół zakodował swoją superpozycję wszystkich 16 wyników w pojedynczym fotonie, jednocześnie pokazując prawdopodobieństwo każdego możliwego wyniku w oparciu o siłę, z jaką potrząsano pudełkiem.
Wreszcie zespół połączył superpozycje silnie wstrząśniętej monety i słabo wstrząśniętej monety, aby stworzyć jedną główną mapę możliwych przyszłości.
„To pokazało nam, jak szybko kontrakty terminowe rozeszły się w zależności od tego, jak mocno potrząsałem pudełkiem na każdym kroku” - powiedział Gu.
Obecnie ograniczenia mocy obliczeniowej oznaczają, że symulator zespołu może jednocześnie analizować tylko 16 możliwych przyszłości. Jednak pewnego dnia, gdy komputery kwantowe staną się większe, mocniejsze i bardziej powszechne, symulatory takie jak ten można rozszerzyć, aby zobaczyć nieskończenie wiele przyszłości naraz, powiedział Gu. Może to pomóc w takich sytuacjach, jak przewidywanie pogody lub dokonywanie bardziej przemyślanych inwestycji na giełdzie. Może nawet pomóc ulepszyć uczenie maszynowe, które polega na uczeniu się sztucznej inteligencji, aby dokonywać coraz lepszych prognoz.
To wszystko jest „wysoce odkrywcze”, dodał Gu i będzie wymagało wielu dalszych eksperymentów, aby znaleźć wszystkie zastosowania symulatora kwantowego. Niestety, przeznaczenie tego jasnowidzącego komputera to jedna przyszłość, która pozostaje tajemnicą.
- Największe nierozwiązane tajemnice fizyki
- 18 razy cząstka kwantowa rozwaliła nasze umysły
- Co to jest? Odpowiedzi na pytania dotyczące fizyki
Pierwotnie opublikowano w dniu .