Fan Heng, съответният автор (първият отдясно), обсъжда подробности за устройството с членовете на своя екип на 21 януари в лабораторията на Института по физика, Китайската академия на науките. [Photo/Xinhua]
Китайските учени направиха значителна стъпка към разбирането и контролирането на поведението на сложни квантови системи, демонстрирайки, че квантовите компютри могат да проследяват – и дори да регулират – процеси, които е невъзможно да се изчислят от класическите компютри.
Използвайки 78-кубитов свръхпроводящ квантов процесор, известен като „Chuang-tzu 2.0“, изследователи от Института по физика на Китайската академия на науките и Пекинския университет наблюдаваха и контролираха феномен, наречен претермализация, временна и подредена фаза, която се появява преди квантовата система да изпадне в пълен хаос.
Техните открития бяха публикувани онлайн в сряда в списание Nature.
Квантовите системи се държат много различно от ежедневните обекти. Когато много квантови частици си взаимодействат, тяхното колективно поведение става изключително сложно и информацията се разпространява бързо в системата. С течение на времето това води до термализация – процес, при който енергията и информацията се разпределят равномерно и системата губи памет за първоначалното си състояние.
За квантовите изчисления термализацията е основен проблем. След като системата премине през този процес, крехката квантова информация на практика се губи, което прави надеждното изчисление невъзможно.
Това, което изненада учените, е, че термализацията не винаги се случва гладко или незабавно.
„При определени условия системата спира“, каза Фан Хенг, съответен автор на изследването и изследовател в Института по физика. „Навлиза в стабилен междинен етап, където разстройството се забавя и информацията се запазва частично.“
Този етап е известен като претермализация.
Изследователите го оприличават на нагряване на блок лед. Дори когато топлината се прилага непрекъснато, температурата остава 0 C за известно време, докато ледът се топи. Енергията се насочва към промяна на структурата, а не към повишаване на температурата. По подобен начин една задвижвана квантова система може да абсорбира енергия, без да стане напълно хаотична.
В експеримента учените умишлено „избутаха“ квантовия процесор, използвайки внимателно проектирани импулси на енергия. Вместо да прилагат прости, повтарящи се сигнали, те използваха метод, наречен „Случайно многополярно шофиране“. Техниката въвежда структурирана случайност в модела на шофиране, базирана на математически последователности, които не са нито напълно периодични, нито напълно случайни.
Чрез коригиране на модела и времето на тези импулси, екипът успя да контролира колко дълго квантовата система остава в предварително термално състояние, преди бързо да потъне в хаос.
„Това ни позволява да настроим ритъма на термализация“, каза Фан. „Можем да го забавим или да го ускорим.“
По време на предтермалната фаза измерванията показват, че квантовата информация остава относително непокътната и растежът на разстройството е потиснат. След като фазата приключи обаче, квантовото заплитане – ключова характеристика на квантовата механика – се увеличи и се разпространи бързо в системата, правейки системата твърде сложна, за да могат класическите компютри да симулират точно.
Учените отбелязват, че резултатите могат да повлияят на бъдещи изследвания на квантовата симулация, квантовия контрол и свързаните с тях теми.
Екипът планира да разработи по-големи квантови чипове с по-гъвкави архитектури, целящи да изследват още по-сложно квантово поведение и да демонстрират това, което те наричат „проверяемо, практическо квантово предимство“, точката, в която квантовите машини не просто правят нещата по-бързо, но решават специфични, полезни проблеми, които преди са били невъзможни.
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта