Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту виявили тип задач, які не можуть бути ефективно розв’язані навіть квантовими комп’ютерами, що ставить під сумнів їхню універсальність.
Читайте також:
Екологічна альтернатива. Вчені створили комп’ютерну пам’ять із міцелію грибів шиїтаке Квантові комп’ютери вважаються надпотужними інструментами, здатними виконувати обчислення, які для класичних машин займали б тисячоліття. Вони працюють на основі кубітів, які використовують явища суперпозиції та заплутаності, що дозволяє їм обробляти безліч варіантів одночасно.
Проте нове дослідження, проведене Томасом Шустером та його командою з Каліфорнійського технологічного інституту, показало, що навіть ці машини мають межі. Вчені виявили, що визначення фаз матерії з невідомих квантових станів є надто складним завданням, яке не піддається ефективному розв’язанню навіть квантовими методами.
У класичному світі розрізнити рідину від газу досить просто, але в квантовій фізиці все набагато складніше. Квантові фази матерії виникають при абсолютному нулі температури, і їхня поведінка повністю визначається законами квантової механіки.
Серед таких фаз — топологічні та нестаціонарні стани, які мають унікальні властивості. Вчені наголошують, що розпізнавання цих фаз є важливим як для фундаментальної науки, так і для розвитку майбутніх квантових технологій.
Особливо складними для розпізнавання є фази з топологічним порядком. Чим більша довжина кореляції — тобто відстань, на яку властивості квантової системи впливають одна на одну — тим складніше стає завдання. Дослідження показало, що коли ця довжина зростає швидше, ніж логарифм розміру системи, час обчислення зростає надполіноміально. Це означає, що задача стає практично нерозв’язною у прийнятні терміни, навіть для квантових комп’ютерів.
Команда також виявила, що деякі квантові та класичні стани мають чітко визначені фази, але жоден ефективний квантовий експеримент не здатен їх розпізнати. Це відкриття вказує на фундаментальні обмеження у здатності квантових комп’ютерів досліджувати певні аспекти фізичної реальності. У межах цього ж дослідження вчені розглядали випадковість у квантових обчисленнях і дійшли висновку, що такі властивості, як час еволюції, фази матерії та причинна структура, можуть бути надто складними для вимірювання стандартними методами.
Ці результати ставлять глибокі питання про межі нашого розуміння природи. Вони також відкривають нові напрями для досліджень — зокрема, пошук фізичних характеристик, які можуть спростити розпізнавання фаз у реальних квантових системах, незважаючи на теоретичну складність.
Читайте також:
Зоряні війни стають реальністю. Американська компанія представила людиноподібного робота для армії
