Forskere kaprer åben kvantecomputer for at drille kvantehemmeligheder ud

Kvantemekanikkens regler beskriver, hvordan atomer og molekyler virker meget anderledes end verden omkring os. Forskere har gjort fremskridt med at drille disse regler - afgørende for at finde måder at lave nye molekyler og bedre teknologi - men nogle er så komplekse, at de undgår eksperimentel verifikation.

Med fremkomsten af ​​kvantecomputere med åben adgang, forskere ved University of Chicago så en mulighed for at lave et meget usædvanligt eksperiment for at teste nogle af disse kvanteprincipper. Deres undersøgelse, som optrådte 31. januar i Naturkommunikation Fysik , kaprer i det væsentlige en kvantecomputer til at opdage grundlæggende sandheder om kvanteadfærd af elektroner i molekyler.

"Quantum computing er et virkelig spændende område at udforske grundlæggende spørgsmål. Det giver os mulighed for at observere aspekter af kvanteteori, der er helt uberørbare med klassiske computere, "sagde prof. David Mazziotti, professor i kemi og forfatter på papiret.

En særlig regel for kvantemekanik, kaldet Pauli -ekskluderingsprincippet, er, at to elektroner ikke kan indtage den samme position i rummet på samme tid. I mange tilfælde, et molekyls elektroner oplever yderligere begrænsninger på deres placeringer; disse er kendt som de generaliserede Pauli -begrænsninger. "Disse regler informerer om, hvordan alle molekyler og stof dannes, "sagde Mazziotti.

I dette studie, Mazziotti, Prof. David Shuster og kandidatstuderende Scott Smart skabte et sæt algoritmer, der ville bede IBM's Q Experience-computer tilfældigt generere kvantetilstande i tre-elektron-systemer, og derefter måle, hvor elektronerne sandsynligvis er placeret.

"Antag, at de generaliserede Pauli -begrænsninger ikke var sande:I dette scenario, omkring halvdelen af ​​kvantetilstandene ville udvise en overtrædelse, "sagde Smart, den første forfatter på papiret. I stedet, i de mange dannede kvantetilstande, de fandt ud af, at krænkelser af generaliserede Pauli -begrænsninger meget sjældent forekom i et mønster, der var i overensstemmelse med støj i kvantekredsløbet.

Resultaterne giver stærk eksperimentel verifikation, sagde forskerne.

"De enkleste generaliserede Pauli -begrænsninger blev teoretisk opdaget på en klassisk computer hos IBM i begyndelsen af ​​1970'erne, så det er passende, at de for første gang ville blive eksperimentelt verificeret på en IBM -kvantecomputer, "Sagde Mazziotti.

Opdagelsen er endnu et gennembrud på grænsen til kvanteindsats på universitetet; den seneste indsats har omfattet en tre-laboratorium kvante "teleporter, "skridt mod mere kraftfulde kvantesensorer, og et samarbejde om at udvikle algoritmer til nye kvantecomputere.

Et åbent spørgsmål er, hvordan de generaliserede Pauli -begrænsninger kan være nyttige til forbedring af kvanteteknologi. "De vil potentielt bidrage til at opnå mere effektive kvanteberegninger samt bedre fejlrettelsesordninger - kritiske for, at kvantecomputere når deres fulde potentiale, "Sagde Mazziotti.