Квантовата памет се оказва изключително мощна

Не е лесно да се изучават квантови системи – колекции от частици, които следват неинтуитивните правила на квантовата механика. Принципът на неопределеността на Хайзенберг, крайъгълен камък на квантовата теория, казва, че е невъзможно да се измерят точната позиция и скорост на частица едновременно, информация, която е много важна за разбирането на случващото се.

За да изследват конкретен набор от електрони, например, изследователите трябва да се справят умно с него. Те могат да вземат кутия с електрони, да я намушкат по различни начини и след това да направят моментна снимка на това как изглежда в крайна сметка. По този начин те се надяват да реконструират вътрешната квантова динамика на работа.

Но има проблем: те не могат да измерват всички свойства на системата едновременно. Така повтарят. Те ще започнат със своята система, след това ще я съхранят, след това ще я измерят. След това ще го направят отново. При всяка итерация те ще измерват нов набор от свойства. Създайте достатъчно моментни снимки заедно и алгоритмите за машинно обучение могат да помогнат за реконструирането на пълните свойства на оригиналната система – или поне да се доближите наистина до тях.

Това е досаден процес. Но на теория квантовите компютри биха могли да помогнат. Тези машини, които работят според квантовите правила, имат потенциала да бъдат много по-добри от обикновените компютри при моделирането на работата на квантовите системи. Те също могат да съхраняват информация не в класическа двоична памет, а в по-сложна форма, наречена квантова памет. Това позволява по-богати и по-точни описания на частиците. Това също означава, че компютърът може да съхранява множество копия на квантово състояние в своята работна памет.

Преди няколко години екип, базиран в Калтек Доказано Някои алгоритми, които използват квантова памет, изискват значително по-малко моментни снимки, отколкото алгоритми, които не го правят. Техният метод беше голям напредък, но изискваше относително голямо количество квантова памет.

Това е прекъсвач на сделката, защото на практика квантовата памет е трудна за намиране. Квантовият компютър се състои от взаимосвързани квантови битове, наречени кубити, които могат да се използват за изчисление или памет, но не и за двете.

Сега два независими екипа са измислили начини да се справят с много по-малка квантова памет. В първия хартия, Сейтан Ченкомпютърен учен от Харвард, и неговите съавтори са показали, че само две версии на квантово състояние могат драматично да намалят броя пъти, които трябва да направите моментна снимка на вашата квантова система. С други думи, квантовата памет почти винаги си заслужава инвестицията.

„Тези двукратни или трикратни измервания са по-мощни, отколкото може да се мисли“, каза той. Ричард Кьонигкомпютърен учен в университета Йоханес Кеплер Линц в Австрия.

За да докажат това, Чен и колегите му комбинираха теорията на информацията, област от математиката, която изучава предаването и обработката на информация, със специализирани техники, използвани в квантовата корекция на грешки и класическите симулации на квантовите изчисления.

На следващия ден тази работа се появи на научния уебсайт arxiv.org, група, базирана в Google Quantum AI във Венеция, Калифорния, публикува Още един лист които стигнаха до подобно заключение. Тази работа се фокусира върху приложения в квантовата химия.

Комбинираните резултати също говорят за по-фундаментална цел. В продължение на десетилетия общността на квантовите компютри се опитва да създаде квантово предимство, задача, която квантовите компютри могат да изпълнят, докато класическите компютри срещат трудности при постигането. Обикновено изследователите разбират, че квантовото предимство означава, че квантовият компютър може да изпълни задачата в много по-малко стъпки.

Ново изследване показва, че квантовата памет позволява на квантов компютър да изпълни задача не непременно с по-малко стъпки, но с по-малко данни. В резултат на това изследователите смятат, че това само по себе си може да бъде начин за демонстриране на квантово предимство. „Това ни позволява в близко бъдеще да постигнем този вид квантово предимство“, каза той. Син Юан Хуангфизик в Google Quantum AI.

Но изследователите са развълнувани и от практическите ползи, тъй като новите открития улесняват изследователите да разберат сложните квантови системи.

„Ние се доближаваме до нещата, които хората наистина искат да измерват в тези физически системи“, каза той. Джарод Маклийнкомпютърен учен в Google Quantum AI.