Квантова система дивиться в майбутнє

Квантовий симулятор проходить усі можливі майбутні лінії одночасно

Дії в сьогоденні визначають, які подальші процеси будуть слідувати. У той же час квантовий симулятор може передбачити 16 таких альтернативних майбутніх ліній. © Міле Гу
читати вголос

Sci-Fi в квантовій шкалі: У фільмі "Dr. Дивний "герой може переглянути попередні мільйони можливих варіантів. Нова квантова система тепер може зробити це теж, хоча спочатку лише для 16 майбутніх рядків одночасно. Він використовує стан та час прибуття фотонів, щоб передбачити місце розташування монети у мультипохитній коробці. Хитрість тут: Такі квантові прогнози можуть зробити симуляції та штучний інтелект набагато сильнішими.

Суперпозиція - одна з великих особливостей квантового світу - а отже, і квантових комп'ютерів. Тому що, поки квантовий біт не вимірюється, він не є ні нулем, ні одиницею, але обидва одночасно. Ймовірності обох станів накладаються - подібно до того, як кішка Шредінгера в знаменитій алегорії може одночасно сидіти як мертвими, так і живими. Таким чином, квантовий комп'ютер може одночасно представляти і обчислювати багато можливих рішень задачі.

Накладені майбутні лінії

Фарзад Гафарі з університету Гріффіт в Брісбені та його колеги пішли на крок далі. Тому що вони побудували квантовий симулятор, який передбачає можливі майбутні лінії системи через суперпозицію. Який із цих шляхів слід за процесом, залежить від подій чи дій у сьогоденні - подібно до маршруту, який змінюється з кожним новим поворотом.

Хитрість тут: У квантовій фізиці результат цього повороту можна зобразити як хвильову функцію з певною вірогідністю. Щойно я вирішую гілку, хвильові функції всіх варіантів шляху іншої гілки руйнуються. Квантовий комп'ютер може використовувати цей принцип для накладання можливих майбутніх ліній. "Ця накладка дозволяє нам порівнювати статистичні майбутні класичні процеси, використовуючи квантові перешкоди", - сказали дослідники.

Як падає монета?

Зокрема, вчені використовували свій квантовий симулятор для прогнозування результату класичного експерименту з метанням монет. Монета кладеться у закритий ящик, і коробку потім струшують один раз на кожен крок. Кожне похитування може призвести до того, що монета перекинеться на інший бік - чи ні. Якщо струсити поле чотири рази, теоретично існує 16 варіантів послідовності головок чи чисел. дисплей

Квантовий симулятор відображає стан монети над поляризацією та шлях фотонів, що проходять через систему дзеркал та фільтрів. "Принцип сходить до ідеї фізика Річарда Фейнмана", - пояснює співавтор Джейн Томпсон з Національного університету Сінгапуру. "Він зрозумів, що частинка, що рухається від точки А до точки В, не обов'язково йде по одному шляху. Натомість вона одночасно проходить усі можливі маршрути між двома точками ".

Стан фотона як майбутнє передбачення

Зараз дослідники розширили цей принцип, обчисливши майбутні статистичні варіанти за допомогою цього накладання шляхів фотонів. "Замість вимірювання класичного результату після кожного кроку наш квантовий комп'ютер зберігає фотон і будує накладення", - пояснюють дослідники. Це дозволяє йому відобразити 16 можливостей експерименту M nz у своєрідному 16-мірному квантовому просторі стану.

І справді: квантовий симулятор зумів правильно відобразити різні можливості валюти. На відміну від звичайного моделювання, він не розробляє майбутні варіанти один за одним, але одночасно. "Тому для цієї методики потрібно набагато менше пам'яті для імітації таких стохастичних процесів", - кажуть Гафарі та його колеги.

Корисні штучні інтелекту

Таким чином, така форма "прогнозування на майбутнє" з використанням квантового накладання могла б зробити багато прогнозів швидшими та легшими. "Багато сучасних алгоритмів ШІ, наприклад, вчаться, дивлячись на те, як невеликі зміни в їх поведінці можуть призвести до різних майбутніх результатів", - пояснює Гафарі. Потім AI вибирає дію, яка викликає бажаний вихід.

"Наша технологія могла б дозволити таким системам більш ефективно визначати наслідки своїх дій", - підкреслюють дослідники. "Оскільки квантове накладання бачить кожне можливе майбутнє для кожної дії". Хоча їх квантовий симулятор одночасно може охоплювати лише 16 таких майбутніх ліній, алгоритм, що лежить в основі, є нескінченно масштабованим, як Гафарі та поясніть його команді. (Nature Communications, 2019; doi: 10.1038 / s41467-019-08951-2)

Джерело: Університет Гріффіт

- Надя Подбрегар