Физики впервые увидели квантовое будущее

Физики из Австралии впервые смогли предсказать поведение квантовой системы и помочь ей избежать разрушения, что открывает новые возможности по разработке квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Как и различные чипы и устройства во всех наших мобильных телефонах, квантовые системы постепенно разрушаются. Только в квантовом мире этот процесс длится секунды, а не годы", — рассказывает Майкл Бирчук (Michael Biercuk) из университета Сиднея (Австралия).

Речь идет о так называемом феномене квантовой когерентности. Самым ярким и известным его примером является знаменитый "кот Шредингера", одновременно находящийся и в живом, и в мертвом состоянии до того, как кто-то попытается узнать, что на самом деле с ним произошло. Это свойство квантового мира является базой для всех квантовых технологий, разрабатываемых сегодня, – шифрования, квантовых вычислений, сверхточных "линеек" и даже квантовой телепортации.

Развитию и практическому применению всех этих "технологий будущего" мешает другой феномен – так называемая декогеренция, разрушение квантовых связей между подобными объектами. Большинство ученых считают, что декогеренция происходит из-за взаимодействия квантовых объектов с окружающей средой, но часть физиков полагают, что этот процесс носит более фундаментальный характер.

Бирчук и его коллеги предполагают, что им удалось сделать большой шаг к решению этой проблемы, разработав методику, которая позволяет предсказывать поведение отдельных квантовых объектов в будущем и избегать декогеренции.

Для решения этой задачи ученые воспользовались статистическими алгоритмами, которые сегодня применяются для анализа гигантских массивов данных в системах искусственного интеллекта. Эти алгоритмы, как объясняет Бирчук, необходимы для того, чтобы вслепую предсказывать случайные процессы, происходящие в квантовой системе, и воздействовать на нее в тот момент, когда когерентность начинает разрушаться.

По его словам, этот процесс очень похож на то, как если бы профессиональный игрок в теннис, которому завязали глаза, пытался отбить мяч, летящий в случайном направлении. И, как отмечает Бирчук, это на самом деле можно сделать.

Ученые продемонстрировали работу своего алгоритма, используя набор из атомов иттербия, редкоземельного метала, часто применяемого для создания кубитов – простейших компонентов квантового компьютера. Охладив их почти до абсолютного нуля, ученые связали часть кубитов друг с другом и попытались продлить им жизнь, используя вероятностные предсказания их программы.

Эти опыты, по словам Бирчука, завершились успешно, что открывает дорогу для внедрения подобных алгоритмов в проекты по созданию квантовых компьютеров и систем связи. Как надеется ученый, открытие его группы ускорит создание квантовых вычислительных систем, первые прототипы которых, как считают эксперты журнала Nature, могут появиться уже в этом году.

Комментарии: