Физики продолжают раскрывать квантовые секреты

С появлением квантовых компьютеров ученые увидели возможность провести необычный эксперимент для проверки некоторых квантовых принципов

0 1 509

Правила квантовой механики описывают, что элементарные частицы действуют совершенно иначе, чем привычные нам вещи в мире вокруг нас. Ученые достигли прогресса в разработке правил, необходимых для описания квантового мира и создания более совершенных технологий, но некоторые из этих правил настолько сложны, что уклоняются от экспериментальной проверки.

С появлением квантовых компьютеров открытого доступа ученые Чикагского университета увидели возможность провести очень необычный эксперимент для проверки некоторых из этих квантовых принципов. Их исследование, которое появилось в журнале «Nature Communications Physics», использует квантовый компьютер, чтобы обнаружить фундаментальные истины о квантовом поведении электронов в молекулах.

«Квантовые вычисления — это действительно захватывающая область для изучения фундаментальных вопросов. Она позволяет нам наблюдать аспекты квантовой теории, которые абсолютно недосягаемы на классических компьютерах», — сказал профессор Дэвид Мацциотти, автор статьи.

Одно из правил квантовой механики, называемое принципом исключения Паули, говорит о том, что два электрона не могут одновременно занимать одно и то же положение в пространстве. Во многих случаях в молекуле испытывают дополнительные ограничения на их местоположение; они известны как обобщенные ограничения Паули. «Эти правила определяют способ формирования всех молекул и материи», — сказал Дэвид Мацциотти.

В своем исследовании ученые создали набор алгоритмов, которые заставляют компьютер IBM Experience Q случайным образом генерировать квантовые состояния в трехэлектронных системах, а затем измерять, где наиболее вероятно расположены.

«Предположим, что обобщенные ограничения Паули не соответствуют действительности: тогда в этом сценарии примерно половина квантовых состояний будет демонстрировать нарушение», — говорят исследователи. Вместо этого, во многих сформировавшихся квантовых состояниях они обнаружили, что нарушения обобщенных ограничений Паули происходят очень редко по схеме, соответствующей шуму в квантовой цепи.

По словам ученых, результаты дают надежную экспериментальную проверку.

«Простейшие обобщенные ограничения Паули были обнаружены теоретически на классическом компьютере IBM в начале 1970-х годов, поэтому вполне уместно, что впервые они будут экспериментально проверены на квантовом компьютере IBM», — сказал Мацциотти.

Это открытие — еще один прорыв в квантовых исследованиях в университете Чикаго; их недавние усилия включали квантовый «телепорт», шаги к более мощным квантовым датчикам и работу по разработке алгоритмов для новых квантовых компьютеров.

Открытый вопрос в том, как обобщенные ограничения Паули могут быть полезны для улучшения квантовой технологии. «Они могут внести вклад в достижение более эффективных квантовых вычислений, а также в более эффективные схемы исправления ошибок — критически важные для квантовых компьютеров для полного раскрытия своего потенциала», — сказал Дэвид Мадзиотти.


Scott E. Smart et al. Experimental data from a quantum computer verifies the generalized Pauli exclusion principle, Communications Physics (2019). DOI: 10.1038/s42005-019-0110-3 

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x