Квантові комп’ютери часто називають «машинами майбутнього», здатними виконувати обчислення, на які класичним комп’ютерам знадобилися б тисячоліття. Завдяки квантовим бітам — кубітам, що використовують принципи суперпозиції та заплутаності, — вони можуть опрацьовувати безліч варіантів одночасно й видавати результати з вражаючою швидкістю
Фото: chatgpt.com
Та навіть ці надпотужні системи мають межі. Дослідник Томас Шустер з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) разом із командою з’ясували, що існує тип задач, які квантові комп’ютери не здатні розв’язати ефективно: визначення фаз матерії за невідомими квантовими станами.
Їхні висновки свідчать, що деякі квантові задачі залишаються поза межами можливостей навіть самих квантових технологій.
Квантові стани при абсолютному нулі
Розрізнити рідину й газ у звичайних умовах просто, але у квантовому світі це значно складніше. Квантові фази матерії з’являються при абсолютному нулі, коли їхня поведінка повністю підпорядковується законам квантової механіки та її флуктуаціям. Серед них — топологічні й нерівноважні фази, кожна зі своїми унікальними властивостями.
Автори дослідження наголошують: квантова механіка відкрила абсолютно нові стани матерії, зокрема топологічний порядок і симетрією захищені топологічні фази. Їхнє виявлення та розуміння є ключовими як для фундаментальної фізики, так і для розвитку квантових технологій нового покоління.
Деякі квантові фази, зокрема топологічні, надзвичайно складно визначити навіть комп’ютерам. Складність зростає зі збільшенням довжини кореляції — міри того, наскільки властивості квантової системи впливають одна на одну.
Цікаве по темі: Суперкомп’ютер NASA зробив моторошне передбачення про кінець світу
Дослідження показало: коли цей параметр ξ зростає швидше, ніж логарифм розміру системи, час обчислень збільшується надшвидко — за суперпоказниковим законом. У результаті задача стає практично нерозв’язною за будь-який реалістичний час. Це демонструє межі навіть найпотужніших квантових комп’ютерів у вивченні складних квантових фаз.
Квантові комп’ютери можуть не розкрити ключові властивості фізичної реальності
Науковці з Caltech також зазначають, що деякі класичні й квантові стани мають добре визначені фази матерії, але жоден ефективний квантовий експеримент не здатен їх розпізнати. Це свідчить про наявність внутрішніх обмежень у розпізнаванні певних складних квантових фаз.
Раніше цього року команда Шустера досліджувала випадковість у квантових обчисленнях і виявила фундаментальні межі. Вони дійшли висновку, що ключові фізичні властивості — як-от час еволюції, фази матерії та причинно-наслідкова структура — надто складні для вимірювання у стандартних квантових експериментах. Це ставить глибокі питання про те, як ми спостерігаємо й розуміємо фізичний світ.
Дослідження натякає, що деякі властивості Всесвіту можуть бути складними або навіть неможливими для повного пізнання. Подальші роботи, за словами авторів, можуть зосередитися на з’ясуванні, які саме фізичні характеристики полегшують розпізнавання фаз у практиці, або на пошуку способів зробити це завдання більш досяжним для реальних квантових систем.
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Учені створили найефективнішу у світі сонячну батарею
Знайдено планету-ізгоя, яка зростає на 6 млрд тон щосекундно
Вчені вперше сфотографували формування нової планети
Джерело: InterestingEngineering.
Telegram
Viber
