Квантов компютър може да предсказва 16 варианта на бъдещето едновременно

Когато Майл Гу зарежда новия си компютър, той може да види бъдещето. Всъщност най-малко 16 възможни варианта на бъдещето и всичките по едно и също време.

Гу, асистент по физика в Nanyang Technological University в Сингапур, работи в областта на квантовите изчисления. Този клон на науката използва странните закони, които управляват най-малките частици на Вселената, за да помогнат на компютрите да работят по-ефективно.

За разлика от класическите компютри, които съхраняват информация като битове (двоични цифри от 0 или 1), информацията за квантовите компютри е в квантови битове или кубити. Тези субатомни частици, благодарение на странните закони на квантовата механика, могат да съществуват в суперпозиция на две различни състояния едновременно.

Точно както хипотетичната котка на Шрьодингер е била едновременно мъртва и жива, докато някой не отвори кутията, един кубит в суперпозиция може да бъде равен както на 0, така и на 1, докато се измери.

Съхраняване на множество различни резултати в един кубит може да спести много памет в сравнение с традиционните компютри, особено когато става дума за сложни прогнози.

В проучване, публикувано в списание Nature Communications, Гу и неговите колеги демонстрират тази идея, използвайки нов квантов симулатор, който може да предскаже резултатите от 16 различни състояния на бъдещето или фючърси (еквивалент на, да речем, обръщане на монета четири пъти подред на една страна) в квантова суперпозиция. Тези възможни фючърси са кодирани в един единствен фотон (квантова частица от светлина), който се движи по няколко пътя едновременно, докато преминава през няколко сензора. След това изследователите отиват още една крачка напред, изстрелвайки два фотона паралелно и проследявайки как потенциалните фючърси на всеки фотон се отклоняват при леко различни условия.

„Това е нещо като Доктор Стрейндж във филма „Отмъстителите: безкрайна война „, казва Гу. Преди най-голямата битка в този филм, лекар ясновидец гледа в бъдещето, за да види 14 милиона различни варианти, надявайки се да намери онзи, в който героите ще победят лошия.

„Той прави комбинирано изчисляване на всички тези възможности, за да каже:“ Добре, ако променя решението си по този малък начин, доколко това ще промени бъдещето? Това е посоката, към която се движи нашата симулация“, обяснява Гу.

Изследователите тествали своята технология за квантово предсказване, използвайки класически модел, наречен „монета в безпорядък“.

„Представете си, че има кутия, а вътре е само една монета“, казва Гу. „На всяка стъпка от процеса, някой разклаща кутията леко, така че монетата има сравнително малка вероятност за преобръщане.“
За разлика от традиционното хвърляне на монетата, при което резултатът винаги има равен шанс да бъде или ези или тура, резултатът от всяко обръщане на монетата зависи от състоянието й през предходната стъпка. Ако монетата се преобърне от ези на тура по време на третото разклащане на кутията, например, тогава след четвъртото разклащане вероятно ще остане тура.

Изследователите провеждат две различни версии на експеримента с монетата – едната от тях, в която кутията е по-силно поклащана, а другата – с по-слаби поклащания. Във всеки експеримент, кутията е разклащана четири пъти, осигурявайки 16 възможни комбинации от ези и тура. След четвъртата стъпка, екипът кодира своята суперпозиция на всички 16 резултата в един единствен фотон, показвайки едновременно вероятността за всеки възможен изход въз основа на силата, с която е разтърсена кутията.

И накрая, екипът комбинира суперпозициите на силно разклатената монета и тези на слабо разклатената монета, за да създадат една главна карта на възможните фючърси.

„Това ни показа колко бързо фючърсите могат да се променят в зависимост от това колко силно разтърсваме кутията при всяка стъпка“, казва Гу.

Точно сега, ограниченията на изчислителната мощ означават, че симулаторът на екипа може да разгледа само 16 възможни фючърса наведнъж. Един ден обаче, тъй като квантовите компютри стават по-големи, по-мощни и по-често срещани, симулации като тази могат да бъдат разширени, за да видят безкрайно много варианти за бъдещето едновременно, обяснява Гу. Това би могло да спомогне за неща като прогнозиране на времето или за по-информирани инвестиции на фондовия пазар. Това може да помогне и за подобряване на машинното обучение, което е свързано с изкуствения интелект, който се обучава да прави още по-добри прогнози.

„Всичко това е проучване в начален стадий“, добавя Гу „и ще изисква много допълнителни експерименти, за да се разберат всички приложения на квантовия симулатор. Уви, съдбата на този компютър-ясновидец е едно бъдеще, което си остава загадка“, заключава той.