Ученые создали машину для генерации квантовой суперпозиции возможных вариантов будущего
В фильме 2018 года « Мстители: Бесконечная война»сцена изображает доктора Стрэнджа, который ищет 14 миллионов возможных вариантов будущего для поиска единой временной шкалы, в которой герои одержат победу. Возможно, ему было бы легче с помощью квантового компьютера. Команда исследователей из Технологического университета Наньянга, Сингапур (NTU Сингапур) и Университета Гриффит в Австралии создали прототип квантового устройства, которое может генерировать все возможные варианты будущего в одновременной квантовой суперпозиции.
«Когда мы думаем о будущем, мы сталкиваемся с широким спектром возможностей, — объясняет доцент Майл Гу из Сингапура NTU, который руководил разработкой квантового алгоритма, лежащего в основе прототипа, — эти возможности растут в геометрической прогрессии по мере углубления в будущее. Например, даже если у нас есть только две возможности выбора из каждой минуты, менее чем за полчаса есть 14 миллионов возможных вариантов будущего. Менее чем за день число превышает количество атомов во вселенной «. Однако он и его исследовательская группа осознали, что квантовый компьютер может исследовать все возможные варианты будущего, помещая их в квантовую суперпозицию — подобно известной кошке Шредингера, которая одновременно жива и мертва.
Чтобы реализовать эту схему, они объединили усилия с экспериментальной группой во главе с профессором Джеффом Прайдом из Университета Гриффита. Вместе команда реализовала специально разработанный фотонный квантовый информационный процессор, в котором потенциальные будущие результаты процесса принятия решений представлены местоположением фотонов — квантовых частиц света. Затем они продемонстрировали, что состояние квантового устройства представляет собой суперпозицию нескольких потенциальных будущих, взвешенных по вероятности их возникновения.
«Функционирование этого устройства вдохновлено Нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом», — говорит доктор Джейн Томпсон, член сингапурской команды. «Когда Фейнман начал изучать квантовую физику, он понял, что когда частица движется из точки А в точку В, она не обязательно следует по одному пути. Вместо этого она одновременно пересекает все возможные пути, соединяющие точки. Наша работа расширяет это явление и использует это для моделирования статистического будущего. »
Машина уже продемонстрировала одно применение — измерение того, насколько наш уклон к определенному выбору в настоящем влияет на будущее. «Наш подход заключается в синтезе квантовой суперпозиции всех возможных вариантов будущего для каждого смещения». Фарзад Гафари, член экспериментальной команды, объясняет: «Взаимодействуя друг с другом в этих суперпозициях, мы можем полностью избежать индивидуального рассмотрения каждого возможного будущего. Фактически, многие современные алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ) учатся, наблюдая, как небольшие изменения в их поведение может привести к различным результатам в будущем, поэтому наши методы могут позволить квантовым расширенным ИИ гораздо эффективнее узнавать эффект своих действий ».
Команда отмечает, что хотя их нынешний прототип имитирует не более 16 фьючерсов одновременно, лежащий в основе квантовый алгоритм в принципе может масштабироваться без ограничений. «Это то, что делает поле таким захватывающим», — говорит Прайд. «Это очень напоминает классические компьютеры в 1960-х годах. Точно так же, как мало кто мог вообразить, как много классических компьютеров использовалось в 1960-х годах, мы все еще очень не понимаем, что могут делать квантовые компьютеры. Каждое открытие нового приложения обеспечивает дальнейший импульс их технологическому развитию ».
Работа представлена в следующей статье в журнале Nature Communications.
