На фотонном чипе симулировали эффекты петлевой квантовой гравитации |
||
МЕНЮ Главная страница Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту Архив новостей ТЕМЫ Новости ИИ Голосовой помощник Разработка ИИГородские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Искусственный интеллект Слежка за людьми Угроза ИИ ИИ теория Внедрение ИИКомпьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Психология ИИ Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Big data Работа разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика
Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Творчество ИИ Техническое зрение Чат-боты Авторизация |
2023-04-11 12:31 Теоретики и экспериментаторы из нескольких стран объединили усилия, чтобы исследовать применимость квантовых симуляторов для вычисления амплитуд в петлевой квантовой гравитации. Они провели серию экспериментов, которая показала, что линейный фотонный процессор способен описать свойства 4-симлекса — базового элемента спиновой пены, возникающего в ряде модификаций теории. Масштабируемость фотонных процессоров поможет в будущем симулировать более сложные задачи, например, черные дыры. Исследование опубликовано в npj Quantum Information. Объединение квантовой механики и теории относительности — важнейшая физическая проблема современности. Теоретики пытаются сделать это разными способами, наиболее популярные из которых — теория струн и петлевая квантовая гравитация. В обоих случаях вычисления часто упираются в большую сложность уравнений, которая не под силу существующим компьютерам. Большие надежды физики связывают с квантовыми симуляторами — устройствами или системами, чье поведение носит квантовых характер и математически похоже на поведение той системы, которую требуется изучить. Например, растяжение бозе-конденсата из холодных атомов напоминает расширение Вселенной, в которой удалось увидеть аналог сахаровских осцилляций. А совсем недавно американские физики использовали сверхпроводящий квантовый компьютер для симуляции прохождения информации через кротовую нору (впрочем, на это исследование уже успела сформироваться критика). Физики из Германии, Китая, Нидерландов и США под руководством Лиора Коэна (Lior Cohen) сделали попытку применить к этой проблеме фотонные устройства. Ученые обратились к вычислениям в рамках петлевой квантовой гравитации. Они использовали линейную оптическую схему на чипе, чтобы симулировать элементарный шаг в этой теории — переход, определяемый 4-симплексом спиновой пены. В основе петлевой квантовой гравитации лежит идея о том, что пространство-время можно разбить на отдельные элементы — спиновые петли —, каждый из которых поддерживать одномерные возбуждения. Одна из версий петлевой теории опирается на понятие спиновой пены — четырехмерной структуры, сложенной из 4-симплексов (или, проще говоря четырехмерных тетраэдров). Спиновая пена действует как некоторый оператор, действующий на начальное состояние системы, допускающий различные исходы: каждому из них соответствует своя амплитуда вероятности. Баланс этих исходов зависит от конфигураций 4-симплексов и их связей с соседями, которые кодируют свойства пространства-времени. Физики обратили внимание на то, что задача об эволюции пространства-времени, выраженная через состояния тетраэдров, математически напоминает эволюцию, которой подвержены многокубитные состояния, на которые действует система вентилей. В частости, граница 4-симплекса состоит из пяти трехмерных тетраэдров, чьи состояния можно закодировать с помощью кубитов. Тогда переход от начальной конфигурации границ к конечной можно описать с помощью набора вентилей, действующих на эти кубиты. Оказалось, что для этого достаточно конечного набора линейных одно- и двухкубитных вентилей. Свою задачу авторы решали с помощью фотонного процессора, представляющего собой 12-канальный интегральный линейный интерферометр на основе волноводов из нитрида кремния. Они исследовали связь двух гиперграней 4-симплекса с спином 1/2 с тремя другими. Для этого оказалось достаточно связать два входных кубита и с тремя выходными с помощью неунитарной матрицы 4?8 — частью полной матрицы 12?12, которую мог предоставить процессор. Чтобы построить такую матрицу, физики нужным образом настраивали ячейки процессора, представляющие собой попарные связи между модами с помощью интерферометров Маха — Цендера. На первом этапе работы авторы провели квантовую томографию настроенного процессора и сопоставили его матрицу целевой матрице. Степени соответствия для амплитудной и полной (включающей фазу) матрицами оказались равны 0,975 и 0,941. Затем физики перешли к симуляциям для конкретных начальных состояний граничных тетраэдров, кодируемых полярными и азимутальными углами кубитов на сфере Блоха. Результаты симуляций они сравнивали с точным аналитическим решением. Физики исследовали амплитуды переходов для трех случаев. В первом из них все кубиты обладали одинаковой парой углов. Во втором случае они клали четыре из пяти тетраэдров правильными (то есть с постоянной и равной друг другу парой углов) и вычисляли зависимость амплитуды от углов пятого кубита. Для третьей конфигурации углы всех кубитов распределялись случайным образом. В целом результаты симуляций и теории были в хорошем согласии. Самую большую ошибку — чуть более четырех процентов — демонстрировал третий эксперимент. Кроме того, фотонный чип воспроизвел общую особенность петлевой квантовой гравитации — в простой геометрии пространства-времени все тетраэдры правильные. Это исследование показывает, что фотонные квантовые симуляторы способны помочь с предсказаниями, сделанными в рамках петлевой квантовой гравитации. Пока описан лишь один 4-симлекс, в то время как для практических приложений их требуется гораздо больше — например, недавняя модель черной дыры опирается на 14 симплексов. Но фотонный процессор хорош тем, что количество его элементов растет линейно с ростом сложности задачи — в традиционных компьютерах этот рост экспоненциален. Правда, для этого придется связывать отдельные чипы с помощью нелинейный взаимодействий, для чего уже существует элементная база. Кроме того, предложенный симулятор способен описывать более общий класс тензор-сетевых моделей: спиновая пена — это лишь один из частных случаев. Ранее мы рассказывали, как теоретики использовали подход петлевой квантовой гравитации, чтобы рассчитать квантовые поправки к геометрии макроскопической черной дыры Шварцшильда — Крускала. В результате работы ученые обнаружили переход между черной и белой дырой. Источник: nplus1.ru Комментарии: |
|