Kvantecomputere for at tydeliggøre forbindelsen mellem kvante- og klassiske verdener

Los Alamos National Laboratory forskere har udviklet en ny kvanteberegningsalgoritme, der giver en klarere forståelse af kvante-til-klassisk overgang, som kunne hjælpe med at modellere systemer på spidsen af ​​kvante- og klassiske verdener, såsom biologiske proteiner, og også løse spørgsmål om, hvordan kvantemekanik gælder for store objekter.

"Den kvante-til-klassiske overgang sker, når du tilføjer flere og flere partikler til et kvantesystem, "sagde Patrick Coles fra gruppen Physics of Condensed Matter and Complex Systems på Los Alamos National Laboratory, "sådan at de mærkelige kvanteeffekter forsvinder, og systemet begynder at opføre sig mere klassisk. For disse systemer, det er i det væsentlige umuligt at bruge en klassisk computer til at studere kvante-til-klassisk overgang. Vi kunne studere dette med vores algoritme og en kvantecomputer bestående af flere hundrede qubits, som vi forventer vil være tilgængelige i de næste par år baseret på de aktuelle fremskridt på området. "

Det er notorisk svært at besvare spørgsmål om kvante-til-klassisk overgang. For systemer med mere end et par atomer, problemet bliver hurtigt umuligt. Antallet af ligninger vokser eksponentielt for hvert tilføjet atom. Proteiner, for eksempel, består af lange strenge af molekyler, der kan blive vigtige biologiske komponenter eller kilder til sygdom, alt efter hvordan de foldes op. Selvom proteiner kan være forholdsvis store molekyler, de er små nok til, at kvante-til-klassisk overgang, og algoritmer, der kan klare det, blive vigtig, når man forsøger at forstå og forudsige, hvordan proteiner foldes.

For at studere aspekter af kvante-til-klassisk overgang på en kvantecomputer, forskere har først brug for et middel til at karakterisere, hvor tæt et kvantesystem er på at opføre sig klassisk. Kvanteobjekter har karakteristika for både partikler og bølger. I nogle tilfælde, de interagerer som små billardbolde, i andre forstyrrer de hinanden på nogenlunde samme måde, som bølger på havet kombineres for at lave større bølger eller annullere hinanden. Den bølgelignende interferens er en kvanteeffekt. Heldigvis, et kvantesystem kan beskrives ved hjælp af intuitive klassiske sandsynligheder frem for kvantemekanikkens mere udfordrende metoder, når der ikke er interferens.

LANL -gruppens algoritme bestemmer, hvor tæt et kvantsystem er på at opføre sig klassisk. Resultatet er et værktøj, de kan bruge til at søge efter klassicitet i kvantesystemer og forstå, hvordan kvantesystemer, til sidst, synes klassisk for os i vores hverdag.