Физики впервые "увидели" квантовое будущее
Физики из Австралии впервые смогли предсказать поведение квантовой системы и помочь ей избежать разрушения, что открывает новые возможности по разработке квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
"Как и различные чипы и устройства во всех наших мобильных телефонах, квантовые системы постепенно разрушаются. Только в квантовом мире этот процесс длится секунды, а не годы", - рассказывает Майкл Бирчук (Michael Biercuk) из университета Сиднея (Австралия).
Речь идет о так называемом феномене квантовой когерентности. Самым ярким и известным его примером является знаменитый "кот Шредингера", одновременно находящийся и в живом, и в мертвом состоянии до того, как кто-то попытается узнать, что на самом деле с ним произошло. Это свойство квантового мира является базой для всех квантовых технологий, разрабатываемых сегодня - шифрования, квантовых вычислений, сверхточных "линеек" и даже квантовой телепортации.
Развитию и практическому применению всех этих "технологий будущего" мешает другой феномен - так называемая декогеренция, разрушение квантовых связей между подобными объектами. Большинство ученых сегодня считает, что декогеренция происходит из-за взаимодействия квантовых объектов с окружающей средой, но часть физиков полагает, что этот процесс носит более фундаментальный характер.
Бирчук и его коллеги предполагают, что им удалось сделать большой шаг к решению этой проблемы, разработав методику, которая позволяет предсказывать поведение отдельных квантовых объектов в будущем и избегать декогеренции.
Для решения этой задачи ученые воспользовались статистическими алгоритмами, которые сегодня применяются для анализа гигантских массивов данных в системах искусственного интеллекта. Эти алгоритмы, как объясняет Бирчук, были необходимы для того, чтобы "вслепую" предсказывать случайные процессы, происходящие в квантовой системе и воздействовать на нее в тот момент, когда когерентность начинает разрушаться.
По его словам, этот процесс очень похож на то, как если бы профессиональный игрок в теннис, которому завязали глаза, пытался отбить мяч, летящий в случайном направлении. И, как отмечает Бирчук, это на самом деле можно сделать.
Ученые продемонстрировали работу своего алгоритма, используя набор из атомов иттербия, редкоземельного метала, часто используемого для создания кубитов - простейших компонентов квантового компьютера. Охладив их почти до абсолютного нуля, ученые связали часть кубитов друг с другом и попытались продлить им жизнь, используя вероятностные предсказания их программы.
Эти опыты, по словам Бирчука, завершились успешно, что открывает дорогу для внедрения подобных алгоритмов в проекты по созданию квантовых компьютеров и систем связи. Как надеется ученый, открытие его группы ускорит создание квантовых вычислительных систем, первые прототипы которых, как считают эксперты журнала Nature, могут появиться уже в этом году.
