Когда Майл Гу загружает свой новый компьютер, он видит будущее. По крайней мере, 16 возможных версий - и все это одновременно.
Гу, доцент физики в Технологическом университете Наньянга в Сингапуре, работает в области квантовых вычислений. Эта отрасль науки использует странные законы, которые управляют мельчайшими частицами вселенной, чтобы помочь компьютерам вычислять более эффективно.
В отличие от классических компьютеров, которые хранят информацию в виде битов (двоичные цифры 0 или 1), квантовые компьютеры кодируют информацию в квантовые биты или кубиты. Эти субатомные частицы, благодаря странным законам квантовой механики, могут существовать в суперпозиции двух разных состояний одновременно.
Так же, как гипотетический кот Шредингера был одновременно мёртв и жив, 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 9 апреля в журнале Nature Communications, Гу и его коллеги продемонстрировали эту идею с помощью нового квантового симулятора, который может предсказать результаты 16 различных фьючерсов (эквивалент, скажем, подбрасывания монеты четыре раза подряд) в квантовая суперпозиция. Эти возможные варианты будущего были закодированы в одном фотоне (квантовой частице света), который двигался по нескольким путям одновременно, проходя через несколько датчиков. Затем исследователи пошли еще дальше, выпустив два фотона бок о бок и отследив, как потенциальное будущее каждого фотона расходилось в слегка отличающихся условиях.
«Это похоже на доктора Стрэнджа в фильме« Мстители: Бесконечная война », - сказал Гу в эфире Science Science. Перед кульминационной битвой в этом фильме ясновидящий доктор предвкушает время увидеть 14 миллионов различных вариантов будущего, надеясь найти тот, где герои победят большого злодея. «Он комбинирует все эти возможности, чтобы сказать:« Хорошо, если я так мало изменил свое решение, насколько изменится будущее? » Это направление, в котором движется наше моделирование ».
Подбрасывание квантовой монеты
Исследователи проверили свой механизм квантового предсказания, используя классическую модель, названную возмущенной монетой.
«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 броска монеты, в котором исход всегда имеет равные шансы быть либо головами, либо хвостами, исход каждого возмущенного броска монеты зависит от состояния, в котором находилась монета на предыдущем шаге. Например, если монета перевернулась с головы на хвост во время третьего встряхивания коробки, то четвертый взмах, скорее всего, останется хвостами.
Исследователи провели две разные версии эксперимента с монетами, в одной из которых коробка была немного сильнее перемешана, а в другой - с более слабыми колебаниями. В каждом эксперименте коробку перемешивали четыре раза, обеспечивая 16 возможных комбинаций голов и хвостов. После четвертого шага команда закодировала его суперпозицию всех 16 результатов в одном фотоне, одновременно показывая вероятность каждого возможного результата, основываясь на силе, с которой сотрясали коробку.
Наконец, команда объединила суперпозиции сильно потрясенной монеты и слабо потрясенной монеты, чтобы создать одну мастер-карту возможных вариантов будущего.
«Это показало нам, как быстро расходятся фьючерсы в зависимости от того, как сильно я тряс коробку на каждом шагу», - сказал Гу.
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 фьючерсов, сказал Гу. Это может помочь в таких вещах, как прогноз погоды или более информированные инвестиции на фондовом рынке. Это может даже помочь улучшить машинное обучение, которое сводится к тому, чтобы искусственный интеллект сам учил делать лучшие и лучшие прогнозы.
Это все «очень исследовательский», добавил Гу, и потребует много дополнительных экспериментов, чтобы выяснить все приложения квантового симулятора. Увы, собственная судьба этого ясновидящего компьютера - это будущее, которое остается загадкой.
