Vlad Krasen
0 
1600
49
Når Mile Gu starter opp sin nye datamaskin, kan han se fremtiden. I det minste 16 mulige versjoner av det - alt på samme tid.
Gu, assisterende professor i fysikk ved Nanyang Technological University i Singapore, jobber innen kvanteberegning. Denne grenen av vitenskap bruker de rare lovene som styrer universets minste partikler for å hjelpe datamaskiner med å beregne mer effektivt.
I motsetning til klassiske datamaskiner, som lagrer informasjon som biter (binære sifre på enten 0 eller 1), koder datamaskiner over informasjon til kvantebiter eller qubits. Disse subatomære partiklene, takket være de rare lovene i kvantemekanikken, kan eksistere i en superposisjon av to forskjellige tilstander samtidig.
Akkurat som Schrödingers hypotetiske katt samtidig var død og i live til noen åpnet boksen, kan en kvbit i en superposisjon være lik 0 og 1 til den er målt. Lagring av flere forskjellige utfall i en enkelt kvbit kan spare massevis av minne sammenlignet med tradisjonelle datamaskiner, spesielt når det gjelder å lage kompliserte spådommer. [Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings]
I en studie publisert 9. april i tidsskriftet Nature Communications, demonstrerte Gu og hans kolleger denne ideen ved å bruke en ny kvantesimulator som kan forutsi utfallet av 16 forskjellige futures (tilsvarer, for eksempel, å slå en mynt fire ganger på rad) i en kvantesuperposisjon. Disse mulige fremtidene ble kodet i et enkelt foton (en kvantepartikkel av lys) som beveget seg ned flere stier samtidig mens de passerte gjennom flere sensorer. Deretter gikk forskerne et skritt videre, avfyring av to fotoner side om side og sporing av hvordan hver fotons potensielle fremtid divergerte under litt forskjellige forhold.
"Det er liksom Doctor Strange i filmen 'Avengers: Infinity War'", fortalte Gu. Før en klimakamp i den filmen, ser den klarsynte legen frem i tid til å se 14 millioner forskjellige fremtider, i håp om å finne den der heltene beseirer den store skikkelsen. "Han gjør en kombinert beregning av alle disse mulighetene for å si 'OK, hvis jeg endret avgjørelsen min på denne lille måten, hvor mye vil fremtiden endre seg?' Dette er retningen vår simulering beveger seg fremover til. "
Vend en kvantemynt
Forskerne testet sin kvanteprediksjonsmotor ved hjelp av en klassisk modell kalt den forstyrrede mynten.
"Tenk deg at det er en boks, og inni den er en enkelt mynt," sa Gu. "På hvert trinn i prosessen rister noen boksen litt, så mynten har liten sannsynlighet for å snu."
I motsetning til en tradisjonell myntkast, der utfallet alltid har en like stor sjanse for å være enten hoder eller haler, avhenger utfallet av hver forstyrrede myntkast av den tilstanden mynten var i i forrige trinn. Hvis mynten snudde fra hoder til haler under den tredje risten av esken, for eksempel, vil det sannsynligvis være at den fjerde ristingen forblir haler.
Forskerne kjørte to forskjellige versjoner av mynteksperimentet, der en boksen ble jigglet litt sterkere og en annen med svakere jiggler. I hvert eksperiment ble boksen jigglet fire ganger, og ga 16 mulige kombinasjoner av hoder og haler. Etter fjerde trinn kodet teamet dets superposisjon av alle 16 utfall i en enkelt foton, samtidig som det viser sannsynligheten for alle mulige utfall basert på styrken som boksen ble ristet med.
Til slutt kombinerte teamet superposisjonene til den sterkt rystede mynten og den svakt rystede mynten for å lage ett mesterkart over mulige fremtider.
"Dette viste oss hvor raskt futurene avvike avhengig av hvor hardt jeg ristet boksen på hvert trinn," sa Gu.
Akkurat nå betyr begrensninger for datakraft teamets simulator kan se på bare 16 mulige futures samtidig. En dag, etter hvert som kvantedatamaskiner blir større, kraftigere og vanligere, kunne simulatorer som denne utvides til å se uendelig mange fremtider samtidig, sa Gu. Dette kan hjelpe i ting som værvarsling eller gjøre mer informerte investeringer i aksjemarkedet. Det kan til og med bidra til å forbedre maskinlæring, som handler om at kunstig intelligens lærer seg selv for å gi bedre og bedre spådommer.
Dette er alt "veldig utforskende," la Gu til, og vil kreve mye ytterligere eksperimentering for å finne ut alle kvantesimulatorens applikasjoner. Alas, denne klarsynte datamaskinens egen skjebne er en fremtid som forblir et mysterium.
- De største uløste mysteriene i fysikk
- 18 ganger Quantum Particle Blew Our Minds
- Hva er det? Dine fysiske spørsmål besvart
Opprinnelig publisert på .