Квантовый скачок от Google

Недавние достижения в мире квантовой механики показали интригующие явления, связанные с взаимоотношением измерений, взаимодействий и запутанности. В этой статье мы рассмотрим новаторское исследование Google Quantum AI и Стэнфордского университета, изучая последствия их открытий для будущего квантовых вычислений.

 Квантовая механика и измерения

Одной из наиболее загадочных особенностей квантовой механики является роль измерений. В квантовых системах измерение часто нарушает квантовое состояние, служа мостом между квантовым и классическим мирами. При работе с огромными объемами квантовых данных, известных как кубиты, измерения могут привести к совершенно различным результатам. Это приводит к появлению новых фаз квантовой информации.

В квантовом мире кубиты могут находиться в «запутанном состоянии», что означает, что их информация разделяется на большие расстояния. Однако при измерении этот запутанность часто уничтожается. Напряжение между взаимодействием кубитов и измерениями приводит к двум отчетливым фазам: фазе, доминируемой взаимодействиями и распространенной запутанности, и другой, доминируемой измерениями, где запутанность подавлена.

Передовые наблюдения в квантовых состояниях

В своем новаторском исследовании Google Quantum AI и Стэнфордский университет наблюдали «измерительно-индуцированный фазовый переход» в системе, охватывающей до 70 кубитов. Это была наибольшая система, в которой изучались эффекты измерений на запутанность.

Они также идентифицировали новый тип квантовой телепортации, где неизвестное квантовое состояние передается от одного набора кубитов к другому. Это открытие возникло благодаря измерениям, возможно, приведет к разработке инновационных техник, полезных для квантовых вычислений.

Сложность запутанности

Представьте себе запутанность как огромную сеть, соединяющую различные кубиты. Измерения могут либо уничтожить эту сеть, либо выборочно разорвать определенные связи, оставив другие нетронутыми. Хотя эта сеть невидима, исследователи определяют ее наличие, наблюдая статистические корреляции между измерениями кубитов. Проведение таких экспериментов исторически было сложным, но исследовательская группа умело преодолела эти препятствия.

Для упрощения процесса исследователи перестроили последовательность экспериментов, делая измерения в конце. Это уменьшило сложность эксперимента. Они также ввели «пробный» кубит для сбора больше информации о сети запутанности. Интересно, что чувствительность этого зонда к шуму окружающей среды можно было использовать для определения природы запутанности, превращая типичное препятствие в ценный инструмент.

Замечательные результаты и их последствия

Исследовательская группа сначала рассмотрела это различие в чувствительности к шуму в двух режимах запутанности и обнаружила два контрастирующих поведения. В режиме, доминируемом измерениями, связи сети запутанности оставались относительно короткими, влияя только на соседние кубиты. Напротив, когда измерения были слабее, зонд становился чувствительным к шуму всей системы, отмечая переход между двумя фазами.

Кроме того, в исследовании был представлен новый вид квантовой телепортации, при котором, измеряя все кубиты, кроме двух дальних, в слабо запутанном состоянии, индуцировалась более сильная запутанность между ними. Такие возможности могут потенциально привести к разработке более устойчивых к шуму техник квантов.

В уникальной особенности квантовой механики, где измерение нарушает квантовое состояние, явно проявляется деликатный баланс между квантовым и классическим мирами. Измерения, особенно в системах с большим количеством кубитов, могут привести к непредсказуемым последствиям, что может создать новые фазы квантовой информации.

Прорывом в этой области стало открытие «фазового перехода, индуцированного измерением» в 70-кубитной системе командой из Google Quantum AI и Стэнфордского университета. Это исследование представляет собой возможный мост между двумя противоположными квантовыми фазами: одной, где доминируют взаимодействия кубитов, и другой, где доминируют измерения.

Обнаруженная новая форма квантовой телепортации может открыть новые пути в квантовой передаче данных. Интересно, что эта форма телепортации возникла именно из процесса измерения, что еще раз подчеркивает роль измерений в формировании квантового поведения.

Несмотря на сложности, связанные с визуализацией запутанности из-за ее невидимой природы, исследователи могут делать выводы о ее существовании на основе статистических корреляций между измерениями кубитов. Внедрение новых методов, таких как использование одного «зондирующего» кубита и проведение всех измерений в конце, отражает прогресс в методологии квантовых исследований.

Особое внимание стоит уделить потенциальным последствиям для будущих квантовых вычислений. Стабильность запутанности, даже при измерениях, может служить основой для создания моделей квантовых вычислений, более устойчивых к помехам. Как отмечено профессором Стэнфордского университета Ведика Хемани, внедрение измерений в квантовую динамику может открыть новые не равновесные фазы, что указывает на огромные, пока не исследованные возможности в квантовой механике.

Источник информации: https://scitechdaily.com/google-researchers-unveil-unique-form-of-quantum-teleportation/