Коли Міле Гу завантажує свій новий комп'ютер, він може бачити майбутнє. Принаймні, 16 можливих його версій - все одночасно.
Гу, доцент фізики в Наньянському технологічному університеті в Сінгапурі, працює в галузі квантових обчислень. Ця галузь науки використовує дивні закони, які керують найдрібнішими частинками Всесвіту, щоб допомогти комп'ютерам обчислити ефективніше.
На відміну від класичних комп'ютерів, які зберігають інформацію як біти (двійкові цифри або 0, або 1), квантові комп'ютери кодують інформацію в квантові біти або кубіти. Ці субатомні частинки, завдяки дивним законам квантової механіки, можуть існувати в суперпозиції двох різних станів одночасно.
Так само, як гіпотетичний кіт Шредінгера був одночасно мертвим і живим, поки хтось не відкрив коробку, кубіт в суперпозиції може дорівнювати як 0, так і 1, поки його не виміряють. Зберігання декількох різних результатів в одному кубіті може заощадити тонну пам'яті порівняно з традиційними комп'ютерами, особливо якщо мова йде про складання складних прогнозів.
У дослідженні, опублікованому 9 квітня в журналі Nature Communications, Гу та його колеги продемонстрували цю ідею, використовуючи новий квантовий симулятор, який може передбачити результати 16 різних ф'ючерсів (еквівалент, скажімо, перегортання монети чотири рази поспіль) у квантова суперпозиція. Ці можливі ф'ючерси були закодовані в одному фотоні (квантовій частинці світла), який рухався вниз по декількох шляхах одночасно, проходячи через кілька датчиків. Потім дослідники пішли на крок далі, вистріливши два фотони поруч і відстеживши, як потенційні ф'ючерси кожного фотона розходяться за дещо інших умов.
"Це схоже на доктора Стренджа у фільмі" Месники: війна нескінченності ", Гу розповів Live Science. Перед кульмінаційною сутичкою у цьому фільмі ясновидячий лікар з нетерпінням чекає часу, щоб побачити 14 мільйонів різних ф’ючерсів, сподіваючись знайти той, де герої переможуть велику дурду. "Він робить комбіновані обчислення всіх цих можливостей, щоб сказати:" Гаразд, якщо я змінив своє рішення таким маленьким способом, наскільки зміниться майбутнє? " Це напрямок, яким рухається наше моделювання ».
Перегортання квантової монети
Дослідники випробували свій квантовий прогнозуючий механізм, використовуючи класичну модель під назвою збурені монети.
"Уявіть, що там є коробка, а всередині - одна монета", - сказав Гу. "На кожному кроці процесу хтось трішки струшує коробку, тому монета має малу ймовірність перевернути".
На відміну від традиційного кидання монети, в результаті якого завжди є однакові шанси бути або головами, або хвостами, результат кожної викинутої монети залежить від стану, в якому була монета на попередньому кроці. Якщо, наприклад, монета перекинулася з голови на хвости під час третього струшування коробки, наприклад, четвертий трясок, ймовірно, залишиться хвостиками.
Дослідники запустили дві різні версії експерименту з монетою, одну, в якій коробку було зафіксовано трохи сильніше, а іншу зі слабшими джигтами. У кожному експерименті ящик чотирьох разів переміщувався, забезпечуючи 16 можливих комбінацій голів та хвостів. Після четвертого кроку команда закодувала суперпозицію з усіх 16 результатів в одному фотоні, одночасно показуючи ймовірність кожного можливого результату, виходячи з сили, з якою була похитнута скринька.
Нарешті, команда поєднала суперпозиції сильно похитнутої монети та слабо похитнуту монету, щоб створити одну головну карту можливих ф’ючерсів.
"Це показало нам, наскільки швидко ф'ючерси розходяться залежно від того, наскільки сильно я струшував коробку на кожному кроці", - сказав Гу.
Наразі обмеження в обчислювальній потужності означають, що симулятор команди може оглянути відразу 16 можливих ф'ючерсів. Однак одного разу, коли квантові комп'ютери стають більшими, потужнішими та звичнішими, такі тренажери можуть бути розширені, щоб побачити безмежно багато ф’ючерсів одразу, сказав Гу. Це може допомогти в таких речах, як прогнозування погоди або більш обізнані інвестиції на фондовий ринок. Це навіть може допомогти вдосконалити машинне навчання, яке полягає в тому, щоб навчити себе штучному інтелекту робити кращі та більш якісні прогнози.
Це все "високо дослідницьке", додав Гу, і знадобиться багато подальших експериментів, щоб з'ясувати всі програми квантового симулятора. На жаль, власна доля цього ясновидця - це майбутнє, яке залишається загадкою.
