Quantum RAM:Modellering af de store spørgsmål med de meget små

Når det kommer til at studere transportsystemer, aktiemarkeder og vejret, kvantemekanik er nok det sidste, man tænker på. Imidlertid, forskere ved Australiens Griffith University og Singapores Nanyang Technological University har netop udført et "proof of princip" -eksperiment, der viser, at når det kommer til at simulere så komplekse processer i den makroskopiske verden, kan kvantemekanik give en uventet fordel.

Griffiths professor Geoff Pryde, der ledede projektet, siger, at sådanne processer kunne simuleres ved hjælp af en "kvanteharddisk", meget mindre end den hukommelse, der kræves til konventionelle simuleringer.

"Stephen Hawking sagde engang, at det 21. århundrede er" kompleksitetens århundrede ", som mange af nutidens mest presserende problemer, såsom forståelse af klimaændringer eller design af transportsystem, involvere enorme netværk af interagerende komponenter, " han siger.

"Deres simulering er derfor enormt udfordrende, kræver lagring af hidtil usete mængder data. Det, vores eksperimenter viser, er en løsning, der kan komme fra kvanteteori, ved at kode disse data i et kvantesystem, såsom lysets kvantetilstande. "

Einstein sagde engang, at "Gud spiller ikke terninger med universet, "udtrykker sin foragt med tanken om, at kvantepartikler indeholder iboende tilfældighed.

"Men teoretiske undersøgelser viste, at denne iboende tilfældighed er den helt rigtige ingrediens, der er nødvendig for at reducere hukommelsesomkostningerne til modellering af delvist tilfældige statistikker, "siger Dr Mile Gu, et medlem af teamet, der udviklede den indledende teori.

I modsætning til det sædvanlige binære lagersystem - nuller og biters - kan kvantebits være 0 og 1 samtidigt, et fænomen kendt som kvantesuperposition.

Forskerne, i deres papir offentliggjort i Videnskab fremskridt , sige, at denne frihed gør det muligt for kvantecomputere at lagre mange forskellige tilstande i systemet, der simuleres i forskellige superpositioner, bruger mindre hukommelse generelt end i en klassisk computer.

Teamet konstruerede en princip -bevis -kvantesimulator ved hjælp af en foton - en enkelt partikel af lys - der interagerede med en anden foton.

De målte hukommelseskravene til denne simulator, og sammenlignede det med de grundlæggende hukommelseskrav for en klassisk simulator, når det bruges til at simulere specificerede delvist tilfældige processer.

Dataene viste, at kvantesystemet kunne fuldføre opgaven med meget mindre information gemt end den klassiske computer- en faktor på 20 forbedringer på det bedste tidspunkt.

"Selvom systemet var meget lille - selv den almindelige simulering krævede kun en enkelt bit hukommelse - beviste det, at der kan opnås kvantefordele, "Siger Pryde.

"Teoretisk set store forbedringer kan også realiseres for meget mere komplekse simuleringer, og et af målene med dette forskningsprogram er at fremme demonstrationerne til mere komplekse problemer. "