Новое квантовое устройство генерирует варианты будущего в состоянии суперпозиции

Команда исследователей из Наньянгского технологического университета в Сингапуре (NTU) и Университета Гриффита в Австралии соорудила прототип квантового устройства, способного генерировать все возможные варианты будущего в состоянии одновременной квантовой суперпозиции. Исследование опубликовано в статье журнала Nature Communications.

«Когда мы думаем о будущем, то сталкиваемся с огромным количеством возможностей, — объясняет доцент Майл Гу из NTU, руководивший разработкой квантового алгоритма для прототипа. — Эти возможности растут в геометрической прогрессии по мере того, как мы движемся дальше в будущее. Например, даже если у нас есть всего две возможности выбора каждую минуту, то менее чем через полчаса будет уже 14 миллионов возможных вариантов будущего. Менее чем за день это число уже превысит количество атомов во Вселенной».

Исследователи пришли к выводу, что квантовый компьютер может изучить все возможные варианты будущего, поместив их в состояние квантовой суперпозиции, наподобие одновременно живого и мертвого кота Шредингера. 

Для реализации этой схемы они объединились с экспериментальной группой из Университета Гриффита под руководством профессора Джеффа Прайда. Совместно ученые разработали специальный фотонный квантово-информационный процессор, в котором потенциальные варианты будущего представлены расположением фотонов. Затем они продемонстрировали, что квантовое устройство находилось в состоянии суперпозиции множественных возможных будущих, определенных вероятностью их реализации.

«На создание этого устройства нас вдохновил нобелевский лауреат Ричард Фейнман, — говорит доктор Джейн Томпсон из сингапурской команды. — Когда Фейнман стал изучать квантовую физику, он понял, что при движении частицы из точки А в точку Б она необязательно следует единственному пути. Напротив, она одновременно проходит все возможные пути, соединяющие точки. Наша работа расширяет этот феномен и использует его для моделирования статистических будущих».

Устройство уже продемонстрировало одно применение: оно измерило, как уклон в сторону конкретного выбора в настоящем влияет на будущее.

«Наш подход заключается в синтезе квантовой суперпозиции всех возможных будущих для каждого уклона, — объясняет член экспериментальной команды Фарзат Гафари. — Сопоставляя эти суперпозиции друг с другом, мы можем полностью избежать рассмотрения каждого возможного будущего в отдельности. Более того, множество современных алгоритмов ИИ учатся посредством наблюдения за тем, как небольшие изменения в их поведении могут привести к разным результатам в будущем, так что наши техники могут помочь квантово-усиленным ИИ учиться результату своих действий более эффективно».

Как отмечают специалисты, несмотря на то, что их нынешний прототип симулирует максимум 16 будущих одновременно, лежащий в его основе квантовый алгоритм можно масштабировать безгранично.

«Именно это делает эту область такой увлекательной, — говорит Прайд. — Это напоминает классические компьютеры 1960-х. Как немногие могли представить широкий спектр применения классических компьютеров 60-х, мы все еще не вполне понимаем, на что способны квантовые компьютеры. Каждое открытие нового способа применения предоставляет новый импульс их технологическому развитию».