Когда Майл Гу включает свой новый компьютер, он может видеть будущее. Как минимум 16 возможных его вариаций, одновременно.

Гу, доцент кафедры физики в Наньянского технологического университета (Сингапур), работает над квантовыми вычислениями. Эта ветвь науки использует явления квантовой механики для создания более быстрых компьютеров.

В отличие от классических компьютеров, хранящих информацию и производящих вычисления с помощью битов — нулей и единиц, — квантовые компьютер кодируют информацию в квантовых битах, или кубитах. Эти субатомные частицы, благодаря странным законам квантовой механики, способны существовать в суперпозиции, то есть в двух разных состояниях одновременно.

Как и знаменитый кот Шредингера одновременно жив и мертв, пока кто-то не откроет коробку, кубит в суперпозиции равен одновременно и 0, и 1, пока его не измерят. Хранение множества исходов в одном кубите особенно пригодиться в прогнозировании.

Этот квантовый компьютер сможет видеть будущее — все 16 его вариаций
Sergei Slussarenko/Griffith University

В начале апреля в журнале Nature Communications было опубликовано исследование, в котором Гу и его коллеги продемонстрировали эту идею с помощью квантового симулятора, способного предсказывать 16 различных вариантов будущего (эквивалент четырех последовательных подбросов монетки) в квантовой суперпозиции. Эти возможные варианты будущего кодировались в одном фотоне, который двигался одновременно по нескольким путям, проходя через несколько датчиков. Затем ученые пошли дальше и запустили два фотона рядом. Они следили, как потенциальное будущее каждого из фотонов менялось в зависимости от чуть разных условий.

Гу сравнил эту ситуацию с поведением Доктора Стрэнджа в фильме “Мстителях: Война бесконечности”, который одновременно просмотрел 14 миллионов исходов событий:

Он проводит единовременное вычисление всех этих возможностей, говоря “Окей, если я чуть вот так изменю ситуацию, как сильно изменится будущее?” Именно к этому и идет наша модель.

Подбрасывая квантовую монету

Чтобы протестировать симуляцию, ученые использовали классическую модель потревоженной монетки.

Представьте коробку с единственной монетой. На каждом шаге кто-то немного трясет коробку, с небольшой вероятностью монета переворачивается.

В отличие от стандартного подбрасывания монеты, при котором орел и решка выпадают с одинаковой вероятностью, исход каждого шага потревоженной монеты зависит от состояния монеты на предыдущем шаге. К примеру, если монета на третьем шаге перевернулась с орла на решку, то на четвертом шаге она скорее всего останется на решке.

Команда провела два эксперимента, различающиеся силой потряхивания коробки. В каждом эксперименте было четыре шага, что давало 16 итоговых комбинаций орлов и решек.

Затем ученые зашифровали суперпозицию всех 16 исходов в один фотон, тем самым показав вероятность каждого исхода исходя из того, как сильно трясли коробку.

В данный момент вычислительная мощность позволяет симулятору рассчитать лишь 16 вероятных исходов за раз. Но когда-нибудь, когда квантовые компьютеры станут больше и мощнее, такие симуляции позволят вычислять бесконечное количество исходов за раз.

— 
Источник: Nature Communications.