Квантовые компьютеры, чтобы прояснить связь между квантовым и классическим мирами

Новый алгоритм позволит квантовым компьютерам исследовать, как классический мир, который мы переживаем, возникает из квантового мира, и проверить другие фундаментальные проблемы квантовой механики.

Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали новый алгоритм квантовых вычислений, который обеспечивает более четкое понимание перехода от квантовой к классической, что может помочь моделировать системы на стыке квантовых и классических миров, таких как биологические белки, а также решать вопросы о как квантовая механика применяется к крупномасштабным объектам.

«Квантово-классический переход происходит, когда вы добавляете все больше и больше частиц в квантовую систему, — говорит Патрик Коулз из группы« Физика конденсированных сред и сложных систем »в Лос-Аламосской национальной лаборатории, — так что странные квантовые эффекты исчезают. и система начинает вести себя более классически. Для этих систем практически невозможно использовать классический компьютер для изучения квантово-классического перехода. Мы могли бы изучить это с помощью нашего алгоритма и квантового компьютера, состоящего из нескольких сотен кубитов, которые мы предвидеть будут доступны в ближайшие несколько лет на основе текущего прогресса в этой области".

Отвечать на вопросы о квантово-классическом переходе крайне сложно. Для систем, состоящих из нескольких атомов, эта проблема быстро становится неразрешимой. Число уравнений растет экспоненциально с каждым добавленным атомом. Белки, например, состоят из длинных цепочек молекул, которые могут стать важными биологическими компонентами или источниками заболевания, в зависимости от того, как они складываются. Хотя белки могут быть сравнительно большими молекулами, они настолько малы, что квантово-классический переход и алгоритмы, которые могут с ним справиться, становятся важными при попытке понять и предсказать, как белки сворачиваются.

Чтобы изучить аспекты квантово-классического перехода на квантовом компьютере, исследователи сначала нуждаются в средствах для определения того, насколько близка квантовая система к классическому поведению. Квантовые объекты имеют характеристики как частиц, так и волн. В некоторых случаях они взаимодействуют как крошечные бильярдные шары, в других они взаимодействуют друг с другом почти так же, как волны океана объединяются, создавая более крупные волны или подавляя друг друга. Волнообразная интерференция — это квантовый эффект. К счастью, квантовую систему можно описать, используя интуитивные классические вероятности, а не более сложные методы квантовой механики, когда нет помех.

Алгоритм группы LANL определяет, насколько близка квантовая система к классическому поведению. Результатом является инструмент, который они могут использовать для поиска классичности в квантовых системах и понимания того, как квантовые системы, в конце концов, кажутся нам классическими в нашей повседневной жизни.