Исследователи Аалто использовали квантовый компьютер IBM для исследования малоизученной области физики и бросили вызов вековым представлениям об информации на квантовом уровне.
Правила квантовой физики, которые определяют поведение очень малых вещей, используют математические операторы, называемые эрмитовыми гамильтонианами. Эрмитовы операторы лежали в основе квантовой физики почти 100 лет, но недавно теоретики поняли, что можно расширить ее фундаментальные уравнения, используя неэрмитовы операторы. Новые уравнения описывают вселенную со своим собственным специфическим набором правил: например, глядя в зеркало и меняя направление времени, вы должны увидеть ту же версию себя, что и в реальном мире. В своей новой статье группа исследователей во главе с доцентом Сорином Параоану использовала квантовый компьютер для создания игрушечной вселенной, которая ведет себя в соответствии с этими новыми правилами. В команду входит доктор Шрути Догра. из Университета Аалто, первого автора статьи, и Артема Мельникова из МФТИ и Terra Quantum.
Исследователи заставили кубиты, часть квантового компьютера, который выполняет вычисления, вести себя в соответствии с новыми правилами неэрмитовой квантовой механики. Они экспериментально продемонстрировали пару захватывающих результатов, которые запрещены обычной эрмитовой квантовой механикой. Первое открытие заключалось в том, что применение операций к кубитам не сохраняло квантовую информацию – поведение настолько фундаментальное для стандартной квантовой теории, что приводит к нерешенным в настоящее время проблемам, таким как парадокс Стивена Хокинга с информацией о черной дыре. Второй захватывающий результат был получен, когда они экспериментировали с двумя запутанными кубитами.
Запутанность – это тип корреляции, которая возникает между кубитами, как если бы они испытали магическую связь, которая заставляет их вести себя синхронно с каждым. Известно, что Эйнштейну очень не нравилась эта концепция, называя ее «жутким действием на расстоянии». В рамках обычной квантовой физики невозможно изменить степень сцепления между двумя частицами, вмешиваясь в одну из частиц самостоятельно. Однако в неэрмитовой квантовой механике исследователи смогли изменить уровень запутанности кубитов, манипулируя только одним из них: результат, который явно запрещен в обычной квантовой физике.
«Самое интересное в этих результатах заключается в том, что квантовые компьютеры сейчас достаточно развиты, чтобы начать использовать их для проверки нетрадиционных идей, которые до сих пор были только математическими», – сказал Сорин Параоану . «В данной работе жуткие действия Эйнштейна на расстоянии становятся еще более пугающими. И хотя мы очень хорошо понимаем, что происходит, это все равно вызывает у вас дрожь ».
У исследования также есть потенциальные приложения. Несколько новых оптических или микроволновых устройств, разработанных в последнее время, похоже, действительно ведут себя в соответствии с новыми правилами. Настоящая работа открывает путь к моделированию этих устройств на квантовых компьютерах.
Статья «Квантовое моделирование нарушения симметрии четности и времени с помощью сверхпроводящего квантового процессора» опубликована в Communications Physics. Работа была выполнена в рамках Финского центра передового опыта в области квантовых технологий (QTF) Академии Финляндии.
