(Зображення: Just_Super/Getty Images)
Дослідники розробили експериментальний метод для визначення того, чи є функції, що виконуються квантовим комп'ютером, результатом квантової механіки, чи просто хитрим поворотом класичної фізики.
У знаковому дослідженні, опублікованому 22 квітня 2025 року в журналі Physical Review X, дослідники описують експериментальний тест, який демонструє та сертифікує обчислювальну активність, якої можна досягти лише за допомогою квантової механіки.
Вам може сподобатися
-
Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших та швидших машин.
-
Квантовий рекорд побитий: вчені створили мамонтову систему з 6000 кубітів — і вона працює за кімнатної температури
-
«Це значно зрушує часову шкалу вперед»: прорив у квантових обчисленнях може зменшити кількість надокучливих помилок до 100 разів
Вчені досягли цього, створивши програмований 73-кубітний квантовий процесор типу «стільники» та навчивши його за допомогою гібридної квантово-класичної техніки, яка називається варіаційною квантовою схемою (VQC). Це цикл машинного навчання, де класичний комп'ютер ітеративно допомагає квантовому комп'ютеру виконувати завдання з більшою точністю.
У цьому випадку завданням комп'ютера було досягти настільки низького енергетичного стану, якого неможливо було досягти за допомогою класичної фізики. Підтвердивши цей енергетичний стан, дослідники продемонстрували квантову механіку.
Використання законів квантової механіки
Одна з кінцевих цілей квантових обчислень — розширити межі можливостей комп'ютерів за межі того, що дозволяють закони класичної фізики. Бінарні комп'ютери, такі як наші телефони, ноутбуки, ПК, сервери та суперкомп'ютери, обмежені фундаментальними законами класичної фізики.
Біти в класичних обчисленнях використовують одиниці та нулі для проведення складних обчислень, але вони можуть обробляти обчислення лише послідовно. Зрештою, існує обмеження щодо того, що вони можуть виконати за допустимий проміжок часу.
Квантові комп'ютери, з іншого боку, використовують кубіти — квантовий еквівалент класичного біта — щоб задіяти дивні закони квантової механіки, такі як квантова заплутаність, для паралельного виконання складних обчислень. У той час як стан біта можна представити як увімкнений або вимкнений (з 1 або 0), кубіт займає суперпозицію як увімкненого, так і вимкненого станів (тобто він може бути будь-яким станом або будь-якою комбінацією станів), поки його не виміряють.
Квантова заплутаність виникає, коли два кубіти корелюють на відстані. Вимірювання стану одного з них показує стани будь-яких пов'язаних заплутаних кубітів. Згідно з законами класичної фізики, це було б схоже на підкидання монети в Лондоні, щоб визначити результати одночасного підкидання в Нью-Йорку. Зі збільшенням кількості заплутаних кубітів до системи обчислювальний простір зростає експоненціально.
При достатньому розмірі теоретичний обчислювальний простір для квантового комп'ютера стає математично нерозв'язним для двійкової комп'ютерної системи — це описується як «квантова перевага» або «квантова верховенство».
Вам може сподобатися
-
Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших та швидших машин.
-
Квантовий рекорд побитий: вчені створили мамонтову систему з 6000 кубітів — і вона працює за кімнатної температури
-
«Це значно зрушує часову шкалу вперед»: прорив у квантових обчисленнях може зменшити кількість надокучливих помилок до 100 разів
Хоча квантові явища можна продемонструвати за допомогою таких експериментів, як експеримент з подвійною щілиною, підтвердження того, що багатокубітна система дійсно використовує квантову механіку, є складним завданням. Це також стає експоненціально складнішим зі збільшенням кількості кубітів у квантовій системі.
Випробування Белла та моторошні дії на відстані
Такі фізики, як Альберт Ейнштейн, давно розмірковували над порогом, за яким квантові явища порушують закони ньютонівської фізики. По суті, проблема зводиться до того, чи не існує класичного пояснення для квантової операції, чи ми його просто не знайшли.
Наприклад, коли Ейнштейн стикався із заплутаністю, він відомий своєю назвою назвав її «моторошною дією на відстані». Його світогляд, заснований на локальному реалізмі, наполягав на тому, що на об'єкти впливає лише їхнє безпосереднє оточення (локальність), і що їхні властивості існують остаточно ще до того, як ми їх виміряємо (реалізм).
Заплутаність порушує цю відносність. Коли дві частинки заплутуються, вони існують у стані нелокальності. Щоб довести це, вчені проводять тест Белла, названий на честь ірландського фізика Джона Стюарта Белла. Він включає вимірювання заплутаних частинок кількома випадково вибраними способами та перевірку статистичних результатів.
Якщо кореляції між виміряними результатами сильніші, ніж могла б допустити будь-яка класична теорія — межа, відома як нерівність Белла, — то система називається нелокальною.
Це доводить, що «моторошна дія на відстані» реальна, а не просто результат випадковості, математичних хитрощів чи класичного моделювання.
Симуляції грубої сили
Одна з головних перешкод у визначенні того, чи квантові обчислення насправді є квантовими за своєю природою, полягає в тому, що класичні комп'ютери можуть імітувати квантові стани, до певної міри, використовуючи метод грубої сили. Це ускладнює визначення того, що саме відбувається «під капотом».
Оскільки жоден червоний прапорець чи сирена не вказують на те, що закони фізики були порушені під час виконання квантової операції, вчені повинні знайти способи продемонструвати квантову механіку, що лежить в їх основі.
Щоб досягти цього, дослідники провели експеримент, використовуючи 73-кубітний квантовий комп'ютер, встановивши його на найнижчий можливий енергетичний стан, а потім вимірявши енергію в системі.
У класичній фізиці найнижчий основний стан, якого можна досягти, дорівнює нулю. Куля, що котиться з пагорба, має високий, збуджений енергетичний стан. У своєму найнижчому енергетичному стані, основному стані, куля перебуває у стані спокою без енергії.
Однак та сама куля, що діє за законами квантової механіки, може мати енергетичний стан нижчий за нуль. Це можливо завдяки заплутаності. Якщо одна куля заплутана з іншою кулею, і обидві корелюють через функціонально діаметральні енергетичні стани, одна або обидві можуть бути поміщені в негативний енергетичний стан.
Оскільки це неможливо згідно із законами класичної фізики, підтвердження цього негативного стану за визначенням є свідченням того, що фізика, яка керує системою, справді квантова.
ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ
— Прорив Microsoft може зменшити кількість помилок у квантових комп'ютерах у 1000 разів
—Квантовий інтернет стає ближчим завдяки новому чіпу — він допомагає передавати квантові сигнали через реальні волоконно-оптичні кабелі
— Вчені винаходять віртуальні машини для квантових обчислень — вони скоротять час виконання з днів до годин
Підтвердженим результатом була енергія настільки низька, що вона впала нижче абсолютного мінімального рівня енергії, який коли-небудь могла мати класична система, до 48 стандартних відхилень.
Дослідники сертифікували ці нелокальні кореляції в групах до 24 кубітів у межах більшої системи, що є найбільшою кількістю, коли-небудь сертифікованою одночасно таким чином, пишуть вчені у дослідженні.
Ця робота встановлює новаторський метод перевірки квантової активності, додали вони.
З подальшим розвитком ці методи можуть допомогти інженерам сертифікувати продуктивність різних квантових архітектур, зрозуміти, коли квантові стани «декогерують» у класичні, та забезпечити основу для створення ще більших і потужніших квантових комп'ютерів.
Трістан Грін
Трістан — журналіст, що спеціалізується на науці та технологіях, зі США. Він висвітлює теми штучного інтелекту (ШІ), теоретичної фізики та передових технологій.
Його роботи були опубліковані в численних виданнях, включаючи Mother Jones, The Stack, The Next Web та Undark Magazine.
До журналістики Трістан 10 років служив у ВМС США програмістом та інженером. Коли він не пише, він любить грати в ігри з дружиною та вивчати військову історію.
Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати
Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.
Вийти Читати далі
Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших та швидших машин.
Квантовий рекорд побитий: вчені створили мамонтову систему з 6000 кубітів — і вона працює за кімнатної температури
«Це значно зрушує часову шкалу вперед»: прорив у квантових обчисленнях може зменшити кількість надокучливих помилок до 100 разів
Вчені представили перший у світі квантовий комп'ютер, побудований зі звичайних кремнієвих чіпів
Зустрічайте «неглектони»: раніше недооцінені частинки, які можуть революціонізувати квантові обчислення
Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів
Найновіше в галузі обчислювальної техніки
Нове розумне кільце — це новий спосіб керування комп'ютером, який міцно прицілився до простої миші.
«Це значно зрушує часову шкалу вперед»: прорив у квантових обчисленнях може зменшити кількість надокучливих помилок до 100 разів
Квантовий рекорд побитий: вчені створили мамонтову систему з 6000 кубітів — і вона працює за кімнатної температури
Історія науки: Винахід транзистора започаткував еру обчислювальної техніки — 3 жовтня 1950 року
Microsoft представляє нові комп'ютерні чіпи з рідинним охолодженням — вони можуть запобігти сильному перегріву центрів обробки даних зі штучним інтелектом
Вчені представили перший у світі квантовий комп'ютер, побудований зі звичайних кремнієвих чіпів
Останні новини
Комети Леммон та SWAN досягають своєї яскравості цього тижня
Відроджені мікроби вічної мерзлоти викидають CO2, вчені створили ілюзію, що «порушує теорію відносності», а телескоп Джеймса Вебба помітив щось «захопливе», що вибухає з чорної діри M87*
ALMA та JWST розкривають головну таємницю зореутворення: космічне фото тижня
«Веселка на чіпі» може допомогти контролювати енергетичні потреби штучного інтелекту — і вона була створена випадково
Квантові обчислення «детектор брехні» нарешті доводять, що ці машини на відстані вловлюють моторошну дію Ейнштейна, а не просто імітують її.
Вчені знайшли новий спосіб прогнозувати наступне виверження Етни
ОСТАННІ СТАТТІ
Пара «святих» островів у моторошно зеленому африканському озері зберігає багатовікові реліквії та муміфікованих імператорів — Земля з космосу
Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.
Додати як пріоритетне джерело в Google
- Про нас
- Зв'яжіться з експертами Future
- Умови та положення
- Політика конфіденційності
- Політика щодо файлів cookie
- Заява про доступність
- Рекламуйтеся у нас
- Веб-сповіщення
- Кар'єра
- Редакційні стандарти
- Як запропонувати нам історію
© Future US, Inc. Повний 7-й поверх, 130 West 42nd Street, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 10036.
var dfp_config = { “site_platform”: “vanilla”, “keywords”: “тип-новини-щоденно,serversidehawk,відеоартикл,van-enable-adviser-
Sourse: www.livescience.com
