Новые физические правила, проверенные на квантовом компьютере

Исследователи из Аалто использовали квантовый компьютер IBM для изучения незамеченной области физики и бросили вызов 100-летним представлениям об информации на квантовом уровне.

Правила квантовой физики, которые управляют поведением очень малых объектов, используют математические операторы, называемые эрмитовыми гамильтонианами. Эрмитовы операторы лежали в основе квантовой физики почти 100 лет, но недавно теоретики поняли, что можно распространить ее фундаментальные уравнения на использование эрмитовых операторов, которые не являются эрмитовыми. Новые уравнения описывают вселенную с ее собственным своеобразным набором правил: например, глядя в зеркало и меняя направление времени, вы должны увидеть ту же версию себя, что и в реальном мире. В своей новой работе группа исследователей во главе с доцентом Сорином Параоану использовала квантовый компьютер для создания игрушечной вселенной, которая ведет себя в соответствии с этими новыми правилами. В состав команды вошли доктор Шрути Догра из Университета Аалто, первый автор статьи, и Артем Мельников из МФТИ и Terra Quantum.

Исследователи заставили кубиты, часть квантового компьютера, которая выполняет вычисления, вести себя в соответствии с новыми правилами неэрмитовой квантовой механики. Они экспериментально продемонстрировали пару захватывающих результатов, которые запрещены обычной эрмитовой квантовой механикой. Первое открытие состояло в том, что применение операций к кубитам не сохраняло квантовую информацию—поведение, столь фундаментальное для стандартной квантовой теории, что оно приводит к нерешенным в настоящее время проблемам, таким как информационный парадокс черной дыры Стивена Хокинга. Второй захватывающий результат был получен, когда они экспериментировали с двумя запутанными кубитами.

Запутанность-это тип корреляции, которая возникает между кубитами, как будто они имеют магическую связь, которая заставляет их вести себя синхронно друг с другом. Эйнштейн, как известно, испытывал дискомфорт от этой концепции, называя ее "жутким действием на расстоянии"." В рамках обычной квантовой физики невозможно изменить степень запутанности между двумя частицами, воздействуя на одну из частиц самостоятельно. Однако в неэрмитовой квантовой механике исследователи смогли изменить уровень запутанности кубитов, манипулируя только одним из них, что явно запрещено в обычной квантовой физике.

"Самое захватывающее в этих результатах то, что квантовые компьютеры теперь достаточно развиты, чтобы начать использовать их для тестирования нетрадиционных идей, которые до сих пор были только математическими", - сказал Сорин Параоану. "С настоящей работой" жуткое действие Эйнштейна на расстоянии " становится еще более жутким. И хотя мы очень хорошо понимаем, что происходит, это все равно вызывает у вас дрожь."

Это исследование также имеет потенциальное применение. Несколько новых оптических или микроволновых устройств, разработанных в последнее время, похоже, ведут себя в соответствии с новыми правилами. Настоящая работа открывает путь к моделированию этих устройств на квантовых компьютерах.

Статья "Квантовое моделирование нарушения симметрии четности во времени с помощью сверхпроводящего квантового процессора" опубликована в журнале Communications Physics.

Источник: phys.org

Комментарии: