Vil androider drømme om kvantefår?

Kvantreplikanter af responsive systemer kan være mere effektive end klassiske modeller, siger forskere fra Center for Quantum Technologies i Singapore, fordi klassiske modeller skal gemme mere tidligere oplysninger end nødvendigt for at simulere fremtiden. De har offentliggjort deres resultater i npj Quantum Information .

Ordet 'replikant' fremkalder tanker om en sci-fi-verden, hvor samfundet har erstattet almindelige væsner med kunstige maskiner, der replikerer deres adfærd. Nu har forskere fra Singapore vist, at hvis sådanne maskiner nogensinde bliver skabt, de vil køre mere effektivt, hvis de udnytter kvanteteorien til at reagere på miljøet.

Dette følger resultaterne fra et team fra Center for Quantum Technologies (CQT), udgivet 10. februar i npj Quantum Information . Teamet undersøgte 'input-output processer', vurdering af de matematiske rammer, der bruges til at beskrive vilkårlige enheder, der træffer fremtidige beslutninger baseret på stimuli modtaget fra miljøet. I næsten alle tilfælde, de fandt, en kvanteenhed er mere effektiv, fordi klassiske enheder skal gemme mere tidligere oplysninger end nødvendigt for at simulere fremtiden.

"Årsagen viser sig at være kvanteteoriens mangel på en endelig virkelighed, "siger medforfatter Mile Gu, en adjunkt ved Nanyang Technological University, Singapore, der er tilknyttet CQT. "Kvantemekanik har denne berømte egenskab, hvor nogle egenskaber ved kvantepartikler ikke bare er ukendte, før de måles, men eksisterer grundlæggende ikke i en endelig tilstand før målehandlingen, "siger han. Fysikken angiver kun sandsynlighederne for, at systemet kollapser til hver mulig værdi, når målingen er udført. Det lader kvantesystemet, i en vis forstand, gøre mere med mindre.

Medforfatter Jayne Thompson, forsker ved CQT, forklarer videre:"Klassiske systemer har altid en endelig virkelighed. De skal beholde nok information til at reagere korrekt på hver mulig fremtidig stimulus. Ved at konstruere en kvanteenhed, så forskellige input er som forskellige kvantemålinger, vi kan replikere den samme adfærd uden at beholde en komplet beskrivelse af, hvordan vi skal svare på hvert enkelt spørgsmål. "Andrew Garner, en anden forsker ved CQT, og Vlatko Vedral, en hovedforsker ved CQT og professor ved University of Oxford, også bidraget til avisen.

Resultaterne fremmer tidligere arbejde. I 2012, Vedral, Gu og andre viste et lignende resultat for en anden klasse af problemer kendt som stokastiske processer. Disse er systemer, der har dynamik uafhængigt af eksterne stimuli. Dette resultat blev netop testet af eksperter fra Griffith University i Australien. De konstruerede en ægte kvantesimulator af en stokastisk proces [ Videnskab fremskridt 3, e1601302 (2017)].

Dette principprøvede eksperiment brugte kun to lyspartikler. De første simuleringer af input-output-processer vil sandsynligvis også være i lille skala, men Gu håber i sidste ende at se kvanteteknologier simulere, hvordan komplekse systemer vil reagere og udvikle sig i virkelige situationer.

"Input-output-processer er allestedsnærværende i naturen, "siger Vedral." Hver enhed er i det væsentlige en input-output-proces, fra neurale netværk, der behandler tidligere input til at træffe fremtidige beslutninger, til frø, der bestemmer, hvornår de skal spire baseret på eksterne stimuli, " han siger.

"Mennesker har længe været fascineret af tanken om at replikere naturen gennem maskiner, fra Leonardo da Vincis berømte mekaniske ridder til spekulativ fiktion om fremtidige androider som Philip K. Dicks 'Do Androids Dream of Electric Sheep', der inspirerede Blade Runner -filmen, "Gu siger." Måske androider i fremtiden, konstrueret af en avanceret civilisation besat af effektivitet, vil i stedet drømme om kvantefår. "