At finde quvigints i et kvanteskattekort

Forskere har slået kvanteguld - og skabt et nyt ord - ved at få maskinlæring til effektivt at navigere i et 20-dimensionelt kvanteskattekort.

Fysiker Dr. Markus Rambach fra ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems (EQUS) ved University of Queensland sagde, at holdet var i stand til at finde ukendte kvantetilstande hurtigere og mere præcist, ved hjælp af en teknik kaldet selvstyret tomografi.

Holdet introducerede også 'quvigint', som er som en qubit (kvanteversionen af ​​en klassisk bit, der antager værdierne '0' eller '1'), bortset fra at den ikke tager to, men 20 mulige værdier.

Dr. Rambach sagde, at højdimensionelle kvantetilstande såsom quvigints var ideelle til at opbevare og sende store mængder information sikkert.

Imidlertid, at finde ukendte tilstande bliver stadig sværere i højere dimensioner, fordi den samme skalering, der giver kvanteenheder deres kraft, også begrænser vores evne til at beskrive dem.

Han sagde, at dette problem var beslægtet med at navigere i et højdimensionelt kvanteskattekort.

"Vi ved, hvor vi er, og at der er skat, men vi ved ikke, hvilken vej vi skal gå for at komme til det, " sagde Dr. Rambach.

"Ved brug af standard tomografi, dette problem ville blive løst ved først at bestemme, hvilke retninger du skal kigge i for at sikre, at du dækker hele kortet, derefter indsamle og opbevare alle relevante data, og endelig behandler dataene for at finde skatten.

"I stedet, ved hjælp af selvstyret tomografi, vi vælger to retninger tilfældigt, prøv dem begge, vælg den, der bringer os tættere på skatten baseret på spor fra maskinlæringsalgoritmen, og derefter gentage dette, indtil vi når det.

"Denne teknik sparer en enorm mængde tid og energi, hvilket betyder, at vi kan finde skatten - den ukendte quivigint - meget hurtigere og lettere."

For at illustrere teknikken, holdet simulerede en quivigint, der rejste gennem atmosfæren, som det ville, når det bruges til at sende kvanteinformation mellem to punkter på Jorden eller til en satellit.

Mens quiviginten rejser, det modificeres af atmosfærisk turbulens.

Standard tomografi er meget modtagelig for denne type støj, men ved at bruge selvstyret tomografi var holdet i stand til at rekonstruere den originale quivigint med høj nøjagtighed.

Dr. Jacq Romero, også hos EQUS og UQ, sagde selvstyret tomografi var i modsætning til andre metoder til at finde ukendte kvantetilstande.

"Selvstyret tomografi er effektiv, nøjagtig, robust over for støj og let skalerbar til høje dimensioner, såsom quivinter, " sagde Dr. Romero.

"Selvstyret tomografi er en robust tomografimetode, der er agnostisk for det fysiske system, så det kan også anvendes til andre systemer såsom atomer eller ioner."

Undersøgelsen er publiceret i Fysiske anmeldelsesbreve .