Использование квантовых компьютеров для проверки основ физики

Использование квантовых компьютеров для проверки основ физики

Если бы вы могли достаточно внимательно посмотреть на объекты, которые вас окружают, увеличив масштаб, вы бы в конечном итоге достигли точки, в которой привычные правила вашего повседневного опыта нарушаются. В тех масштабах, когда клетки крови и вирусы кажутся огромными, и молекулы видны, вещи больше не подчиняются простым законам физики, которые мы знаем со школы.

Атомы составляют молекулы, которые, в свою очередь, являются строительными блоками для материи, все к чему мы прикасаемся и видим каждый день. Природа явно нашла какой то способ подавления квантового поведения, когда квантовые объекты собраны в знакомые вокруг нас объекты.

Как могут вещи, которые подчиняются известным нам законам физики, состоять из частей, которые подчиняются квантовым правилам на мельчайших уровнях? Это один из самых глубоких вопросов современной физики. В поисках ответа недавнее исследование – при финансировании программы по физике высоких энергий в Управлении науки Министерства энергетики – должно помочь пролить свет на то, как классический мир выходит из основного квантового мира.

Алгоритм квантовых вычислений, разработанный учеными из Лос-Аламосской лаборатории и Калифорнийского университета, открывает новое окно для связи между квантовым и классическим мирами и переходе, который должен произойти, когда мы уменьшаем масштаб до самых маленьких размеров.

Среди эффектов физики должны учитывать тот факт, что квантовые объекты подвержены двойственности волновых частиц. Вещи, о которых мы часто думаем как о частицах, таких как электроны, могут действовать как волны в некоторых обстоятельствах. И вещи, о которых мы думаем как о волнах, таких как свет, могут действовать как частицы, которые называются фотонами. В квантовой системе волнообразные состояния частиц могут мешать друг другу почти так же, как океанские волны могут иногда складываться или взаимно компенсировать друг друга.

Квантовая система без интерференции может быть описана с использованием классических правил, а не квантовых. Недавно разработанный алгоритм ищет решения используя классическую физику.

Для систем, состоящих из множества частей, квантово-классические переходные вычисления, как известно, трудно решить. Число используемых уравнений резко возрастает с каждым добавленным атомом. Фактически, для систем, состоящих из нескольких атомов, вычисления быстро становятся сложными даже для самых мощных суперкомпьютеров.

Новый алгоритм дает квантовым компьютерам возможность преодолевать трудности изучения перехода от квантовой системы к классической, которые ставили физиков в тупик десятилетиями.

Соответственно, новый алгоритм последовательной истории опирается на квантовый компьютер, чтобы преодолеть вычислительный взрыв и оценить, насколько близка классическая квантовая система. В отличие от обычных компьютеров, которые манипулируют данными, состоящими из 1 и 0, квантовые компьютеры хранят и манипулируют данными в виде квантовых комбинаций чисел. Подобно тому, как атом существует в виде квантового облака, а не в одной точке, данные в квантовом компьютере – это не одно число, а суперпозиция многих чисел.

Хотя квантовых компьютеров, достаточно мощных для решения значимых проблем, пока не существует, теоретически показано, что они могут выполнять замечательные вычисления, в принципе работающие экспоненциально быстрее, чем обычные компьютеры. Используя алгоритм последовательных историй, квантовые компьютеры могут изменить трудности изучения квантово-классического перехода именно потому, что они работают по тем же правилам, которые управляют атомами и другими квантовыми объектами – элегантным потенциальным решением проблемы, которая мешала физикам на протяжении десятилетий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *