Новые правила физики протестированы на квантовом компьютере

Исследователи Университета Аалто (Хельсинки) использовали квантовый компьютер IBM для исследования малоизученной области физики и бросили вызов вековым представлениям об информации на квантовом уровне, - пишет eurekalert.org.

Правила квантовой физики, которые определяют поведение очень малых вещей, используют математические операторы, называемые эрмитовыми гамильтонианами. Эрмитовы операторы лежат в основе квантовой физики почти 100 лет, но недавно теоретики осознали, что можно расширить ее фундаментальные уравнения, используя эрмитовы операторы, которые не являются эрмитовыми. Новые уравнения описывают вселенную со своим собственным специфическим набором правил: например, глядя в зеркало и меняя направление времени, вы должны увидеть ту же версию себя, что и в реальном мире. В своей новой статье группа исследователей под руководством доцента Сорина Параоану использовала квантовый компьютер для создания игрушечной вселенной, которая ведет себя в соответствии с этими новыми правилами. В команду входят доктор Шрути Догра из Университета Аалто, первый автор статьи, и Артем Мельников из МФТИ и Terra Quantum.

Исследователи заставили кубиты, часть квантового компьютера, который выполняет вычисления, вести себя в соответствии с новыми правилами неэрмитовой квантовой механики. Они экспериментально продемонстрировали пару захватывающих результатов, которые запрещены обычной эрмитовой квантовой механикой. Первое открытие заключалось в том, что применение операций к кубитам не сохраняло квантовую информацию - поведение настолько фундаментальное для стандартной квантовой теории, что приводит к нерешенным в настоящее время проблемам, таким как парадокс Стивена Хокинга с информацией о черной дыре. Второй захватывающий результат был получен, когда они экспериментировали с двумя запутанными кубитами.

Запутанность - это тип корреляции, которая возникает между кубитами, как если бы они испытывали волшебную связь, которая заставляет их вести себя синхронно с каждым. Известно, что Эйнштейну очень не нравилась эта концепция, он называл ее «жутким действием на расстоянии». В рамках обычной квантовой физики невозможно изменить степень сцепления между двумя частицами, вмешиваясь в одну из частиц самостоятельно. Однако в неэрмитовой квантовой механике исследователи смогли изменить уровень запутанности кубитов, манипулируя только одним из них: результат, который явно запрещен в обычной квантовой физике.

«Самое интересное в этих результатах заключается в том, что квантовые компьютеры сейчас достаточно развиты, чтобы начать использовать их для проверки нетрадиционных идей, которые до сих пор были только математическими, - сказал Сорин Параоану. - В данной работе жуткие действия Эйнштейна на расстоянии становятся еще более пугающими. И, хотя мы очень хорошо понимаем, что происходит, это все еще вызывает у вас дрожь».

У исследования также есть потенциальные приложения. Несколько новых оптических или микроволновых устройств, разработанных в последнее время, похоже, действительно ведут себя в соответствии с новыми правилами. Настоящая работа открывает путь к моделированию этих устройств на квантовых компьютерах.

СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "IT"