Nye fysikregler testet på kvantecomputer

Aalto -forskere har brugt en IBM -kvantecomputer til at udforske et overset område af fysik, og har udfordret 100-årige forestillinger om information på kvanteniveau.

Reglerne for kvantefysik, som styrer, hvordan meget små ting opfører sig, bruge matematiske operatorer kaldet hermitiske Hamiltonians. Hermitiske operatører har underbygget kvantefysik i næsten 100 år, men for nylig, teoretikere har indset, at det er muligt at udvide sine grundlæggende ligninger til brug af hermitiske operatører, der ikke er hermitiske. De nye ligninger beskriver et univers med sit eget særegne regelsæt:F.eks. ved at se i spejlet og vende tidens retning, du skulle se den samme version af dig som i den virkelige verden. I deres nye papir, et team af forskere under ledelse af Docent Sorin Paraoanu brugte en kvantecomputer til at skabe et legetøjsunivers, der opfører sig i henhold til disse nye regler. Teamet omfatter Dr. Shruti Dogra fra Aalto University, første forfatter til papiret, og Artem Melnikov, fra MIPT og Terra Quantum.

Forskerne lavede qubits, den del af kvantecomputeren, der udfører beregninger, opføre sig i henhold til de nye regler for ikke-hermitisk kvantemekanik. De demonstrerede eksperimentelt et par spændende resultater, der er forbudt ved almindelig hermitisk kvantemekanik. Den første opdagelse var, at anvendelse af operationer på qubits ikke sparer kvanteinformation - en adfærd, der er så grundlæggende for standard kvanteteori, at det resulterer i øjeblikket uløste problemer som Stephen Hawkings informationsparadoks for sorte huller. Det andet spændende resultat kom, da de eksperimenterede med to sammenfiltrede qubits.

Forvikling er en form for korrelation, der vises mellem qubits, som om de har en magisk forbindelse, der får dem til at opføre sig synkroniseret med hinanden. Einstein var berømt utilpas med dette koncept, henviser til det som "uhyggelig handling på afstand". Under almindelig kvantefysik, det er ikke muligt at ændre graden af ​​sammenfiltring mellem to partikler ved at manipulere med en af ​​partiklerne alene. Imidlertid, i ikke-hermitisk kvantemekanik, forskerne var i stand til at ændre niveauet for sammenfiltring af qubitterne ved kun at manipulere en af ​​dem, et resultat, der udtrykkeligt er uden for grænser i almindelig kvantefysik.

"Det spændende ved disse resultater er, at kvantecomputere nu er udviklet nok til at begynde at bruge dem til at teste utraditionelle ideer, der hidtil kun har været matematiske, "sagde Sorin Paraoanu." Med det nuværende arbejde, Einsteins 'uhyggelige handling på afstand' bliver endnu mere uhyggelig. Og selvom vi godt forstår, hvad der foregår, det giver dig stadig gysninger. "

Forskningen har også potentielle anvendelser. Flere nye optiske eller mikrobølge-baserede enheder, der er udviklet i nyere tid, ser ud til at opføre sig i henhold til de nye regler. Det nuværende arbejde åbner mulighed for at simulere disse enheder på kvantecomputere.

Papiret, "Kvantesimulering af paritetstidssymmetri, der brydes med en superledende kvanteprocessor, "udgives i Kommunikationsfysik .