Кардиостимулятор для кота Шредингера

в 9:15, , рубрики: высокая производительность, квантовая физика, квантовый компьютер, метки: ,

Ученым из Калифорнийского университета Беркли удалось провести эксперимент, который позволяет утверждать, жив пресловутый кот или нет.

Вкратце напомним, что это за экзотическое животное и какое оно имеет отношение к IT. Эрвин Шредингер поставил следующий мысленный эксперимент:

Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счетчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдет. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мертвого кота (простите за выражение) в равных долях.

Типичным в подобных случаях является то, что неопределенность, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределенность, которая может быть устранена путем прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечетким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана.

Такая «неясность», в теории, является основой квантовых вычислений – благодаря ей вычисления на квантовых компьютерах (КК) производятся с помощью квантовых битов (кубитов), которые одновременно хранят 0 и 1, принимая определенное значение лишь «под микроскопом», то есть при непосредственном измерении. Именно последняя особенность является камнем преткновения для построения КК, потому что любое назапланированное вмешательство будет расцениваться системой как измерение, что, в свою очередь, приведет к ошибкам в вычислениях.

Р. Виджай, руководитель исследовательской группы, заявляет, что им удалось «приоткрыть коробку с котом». Идея эксперимента состоит в том, чтобы измерять состояние ноля или единицы косвенно – как будто мы приоткрываем коробку и смотрим туда одним глазком, да еще и сильно зажмурившись.

Ученые создали небольшую сверхпроводяющую цепочку (которая обычно используется в качества кубита в прототипах квантовых компьютеров) и запустили, насколько так можно выразиться, суперпозицию состояний 0 и 1, в результате чего кубит циклично менял набор состояний. После этого была измерена частота этих колебаний, что позволяет косвенно указать на состояние системы в определенный момент времени, не принуждая ее выбирать, в ноле она или в единице.

Несмотря на всю теоретическую изящность эксперимента, который позволял не разрушать квантовую суперпозицию, все оказалось не так просто – при измерениях система спонтанно изменяла частоту осцилляций, чего нельзя было предсказать. Обойти эту проблему ученые смогли благодаря тому, что измерения проводились достаточно быстро, чтобы внести противоположное возмущение, равное по величине, но обратное по направлению, возвращая систему к частоте колебаний без внешнего вмешательства. По сути, это принцип работы кардиостимулятора – при отклонении частоты сердцебиений от правильного, прибор посылает импульс, корректирующий работу «пламенного мотора».

Сама идея не нова, но предыдущие исследователи не пришли к успеху: компенсации, не нарушающие суперпозицию, были слишком слабы для регистрации, а большие вносили шум в систему.

Результаты еще не идеальные, но они есть – кубит просуществовал в необходимом состоянии в течение микросекунд – это целая вечность для подобного рода экспериментов, и может быть достаточно для использования в вычислениях.
По словам руководителя группы, это большой шаг для контроля ошибок при квантовых вычислениях. Что ж, поживем-увидим.
P.S. Это адаптированный перевод этой статьи, увы, мне не хватает пока кармы ни на пост в раздел «Переводы» ни в «Научно-популярное», выбрал наиболее связанную тему, куда могу запостить.

Автор: CheG

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля