Компютър сънува луди квантови експерименти
Последно: 19 юни 2024 г. в 10:26
Квантовата механика е толкова сложна, че дори експертите не могат да се доверят на интуицията си, а това прави по-трудно измислянето на нови експерименти, които да тестват квантовата теория.
Но физици от Виенския университет в Австрия са създали компютърен алгоритъм, който измисля нови квантови експерименти, стигащи далеч отвъд нашите най-диви мечти. Алгоритъмът е наречен „Мелвин“, а създателите му вярват, че той ще е способен да изследва някои от най-непознатите свойства и поведения на квантовите системи. Правейки това, Мелвин ще издигне квантовите експерименти до сложност, надминаваща значително човешкото въображение.
„Свръхизмерно“ заплитане
В експериментите ще се включват и такива, чиято специална цел е да се постигне квантово заплитане между голям брой частици. Експерименталните методи за постигане на заплитане между два или съвсем малко повече атоми са добре познати на физиците, но квантовото заплитане е толкова неинтуитивно за човешкия мозък, че би било изключително трудно да разберем как да създадем по-сложно състояние на „градивните блокове на материята“ като например „свръхизмерно“ квантово заплитане на голям брой частици.
Мелвин работи без да бъде обременяван от човешките предубеждения. Алгоритъмът е снабден с цял комплект стандартни експериментални компоненти, които при комбиниране и разбъркване постигат желаната цел. В тези компоненти се съдържат устройства за манипулиране на траекториите и квантовите свойства на фотоните, включително разделители на лъчи, които са способни да изпращат фотон в две различни посоки, поставяйки го по този начин в суперпозиция между две квантови състояния.
Мелвин работи, като съчетава отделните елементи на случаен принцип и наблюдава дали някоя от конфигурациите е постигнала желаната цел. Ако това е така, Мелвин опростява максимално подредбата на елементите, преди да представи конфигурацията на изследователите. Ако целта не е постигната, алгоритъмът започва с нова подредба на случаен принцип. Обикновено след няколко дни изчислителна работа Мелвин е способен да предостави няколко оптимизирани решения на специфичната задача.
„С няколко колеги се опитвахме да създадем квантово заплитане между няколко частици (състояние на Грийнбъргър – Хорн – Зейлингър (ГХЗ)), но опитите ни бяха неуспешни“, казва специализантът Марио Крен (Mario Krenn), който е в основата на създаването на Мелвин. „Тогава ми просветна, че интуицията ми за това как ще работи конфигурацията е грешна – на практика аз само гадаех. След това си помислих, че и компютър може да върши същата работа, само че няколко хиляди пъти по-бързо от мен.“
При първата демонстрация Мелвин е измислил 51 нови вида експерименти за направата на свръхизмерни ГХЗ състояния. При повторното включване учените от Виенския университет разбрали как да постигнат циклични трансформации на фотонните състояния – такива, при които поредица от трансформации в крайна сметка връща фотона в първоначалното му състояние. Подобни последователности ще бъдат от голяма полза за развитието на квантовите компютри. В този „сън“ Мелвин успял да избере точно четири добри решения измежду 1022 възможни конфигурации. Крен и колегите му вече използват в лабораториите си някои от предложенията на сложния алгоритъм.
Тъй като Мелвин не разсъждава интуитивно, той не е ограничен от конвенционалните идеи за постигане на дадена цел. Според създателите му това му качество го прави истински изобретателен. Някои от предложенията, които алгоритъмът дава, са противоположни на интуицията, дори и да са доказани експериментално.
Марио Крен признава, че все още не е наясно какво се случва при предложените от Мелвин експерименти за постигане на свръхизмерно ГХЗ състояние. „Стъпките, по които Мелвин върви може да бъдат описани математически, но е почти невъзможно да бъдат обяснени интуитивно“, добавя Крен. „Това е присъщо за квантовата физика. Объркването на човешката интуиция ще става все по-често срещано явление с повишаването на сложността на задачите, с които Мелвин се занимава.“
