Тайна субатомного мира и квантовые компьютеры Как укротить причинность?

Почему квантовый мир такой странный? Мы не знаем. Однако мы подозреваем, что если мы сможем это понять, то освоим квантовые компьютеры (1), что будет означать технологическую революцию.

Скорее, частицы субатомного мира рассматриваются как волновые функции, описывающие вероятность присутствия частицы в данном месте. К сожалению, вероятность нахождения частицы одновременно в другом месте также отлична от нуля. Альберту Эйнштейну не нравилась эта причудливая особенность квантового мира. Вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном он неохотно писал о парадоксах, ведущих к квантовая запутанность, взаимодействующие сразу, независимо от расстояния между частицами.

Господа ЭПР (период, термин «парадокс ЭПР«) Использовал корреляцию между отдельными измерениями, чтобы считать квантовую механику неполной и результаты измерений, о которых она говорит, что они не определены, на самом деле предопределены, но просто скрыты (так называемые скрытые переменные).

На протяжении десятилетий физики проводили дальнейшие подтверждающие эксперименты. квантовая нелокальностьоднако неумолимо приходилось мириться с тем, с чем он никак не хотел смириться. Конечно, это не означает, что они хорошо понимают, что на самом деле «происходит» в субатомном мире. А без полного понимания физической основы явлений трудно говорить о практическом применении этих явлений, т.е. например о. квантовые компьютеры.

Ученым известно, что квантовые вычисления можно (и моделируют) моделировать на мощных обычных машинах. Кроме того, эти эксперименты пока не показывают каких-либо серьезных преимуществ квантовых систем.

— пишет Анджела Каранджай, физик Сиднейского университета в мартовском выпуске NewScientist.

Фундаментальным свойством квантовых систем является так называемое контекстуальностьчто препятствует рассуждениям, основанным на причинностьк чему мы привыкли. Однако, по мнению некоторых ученых, можно определить обобщенную симметричную во времени квантовую причинность на основе обобщенных измерений и термодинамики квантовых историй. Сторонники этой точки зрения считают, что такой подход позволяет избежать парадоксов, «скрытых переменных» и придерживаться теории относительности.

Решение проблемы причинно-следственной связи в контексте создает возможность для создания эффективных и полезных квантовых компьютеров. Марк Ховард из Национального университета Ирландии убежден в этом и вместе со своей командой стремится построить практичную систему квантовых вычислений. В своих работах он пишет, что ему и его коллегам удалось получить «магическое состояние», которая представляется лучшей из известных на сегодняшний день моделей экспериментальной реализации отказоустойчивого квантового компьютера.

До сих пор в этой области был скептицизм. В декабре 2015 года физики из Университетского колледжа Лондона в Великобритании опубликовали в Nature результаты своих исследований, которые показали, что как бы идеально математически мы ни описали материал на микроскопическом уровне, мы никогда не сможем предсказать его макроскопическое поведение. Они изучили запрещенные зоны в сверхпроводящих материалах и обнаружили, что невозможно точно предсказать и смоделировать поведение электронов, которыми они управляют.

Компьютеры, какими мы их знаем, являются детерминированными устройствами. И аппаратное, и программное обеспечение основаны на принципе причины и неизбежного следствия. Циклы программирования понятны — «если А, то Б» и т.д. в нашем понимании компьютер не может работать хаотично, и, к сожалению, многие эксперименты в квантовой физике показывают, что такова природа субатомного мира. Пока мы не займемся детерминированным управлением этими системами, эффективный, работающий так, как мы хотим, и полезный квантовый компьютер, вероятно, не появится..