Mens randomisering af et kortdæk bliver vanskeligere, når du tilføjer flere kort, viser det sig, at det samme ikke er tilfældet for kvantecomputere, hvilket kan vise sig at være overraskende nyttigt
Forbinding af kvanteobjekter er meget fremmed end blanding af klassiske
Kvantecomputere kan producere tilfældighed meget lettere end tidligere antaget, en overraskende opdagelse, der viser, at vi stadig har meget at lære om, hvordan den underlige verden af kvantefysik skærer sig med beregning.
Tilfældighed er en nøglekomponent i mange beregningsmæssige opgaver – vejrprognoser involverer for eksempel simulering af atmosfærisk opførsel mange gange over, hver gang med en lidt anden indledende konfiguration valgt tilfældigt. For kvantecomputere er det en måde, forskere har forsøgt at demonstrere kvantefordel, hvor kvantecomputere kan udføre opgaver, der er effektivt for klassiske maskiner at arrangere deres kvantebits eller qubits i tilfældige konfigurationer til at producere resultater.
Opsætning af disse tilfældige konfigurationer betyder i det væsentlige at blande qubits og den måde, de forbinder flere gange på, svarende til den måde, du ville blande et kortdæk på. Men ligesom et større skrivebord med kort er mere uhåndterlig at blande end en mindre, blev denne proces antaget at tage meget længere tid, da du tilføjede flere qubits til dit system. Fordi mere blanding øger chancerne for at ødelægge qubits ‘delikate kvantetilstand, betød dette, at mange nyttige anvendelser, der var afhængige af tilfældighed, blev antaget at være begrænset til små kvantecomputere.
Nu har Thomas Schuster ved California Institute for Technology og hans kolleger fundet, at disse tilfældige sekvenser kan produceres med færre blandinger, end vi troede, hvilket åbner muligheden for at bruge tilfældigt arrangerede qubit -sekvenser, der tidligere ville have været for komplicerede til at implementere på større kvantecomputere.
For at vise dette forestillede sig Schuster og hans team at dele en samling af qubits i mindre blokke og beviste derefter matematisk, at disse blokke hver især kunne producere en tilfældig sekvens. Derefter beviste de, at disse mindre qubit-blokke kunne “limes” sammen, hvilket skaber en velblandet version af det originale sæt qubits på en måde, som du ikke nødvendigvis ville forvente.
”Det er bare meget overraskende, fordi du kan vise, at lignende ting ikke gælder for tilfældige nummergeneratorer i klassiske systemer,” siger Schuster. For eksempel ville det være meget mærkbart at blande et dæk af kort i blokke, fordi kort i topblokken altid ville forblive nær toppen. Dette er ikke sandt i kvantetilfældet, fordi kvantestyrningen skaber en tilfældig superposition af alle mulige omskiftninger.
”Dette er et meget mere kompliceret objekt end en klassisk shuffler. For eksempel er bestillingen af topkortene ikke længere fast, fordi vi er en superposition af mange mulige ombestillinger, så hvis jeg prøver den klassiske tilgang ovenfor og måler placeringen af topkortene efter blanding, vil jeg bare modtage tilfældige resultater hver gang, som ikke indeholder oplysninger om den shuffling whatserever,” siger Schuster. ”Det er virkelig en slags ny og iboende kvantefænomen.”
”Denne form for tilfældig kvanteadfærd, som vi alle forventede at være ekstremt svære at generere, og her viste forfatterne, at du kunne gøre dette i det væsentlige så effektivt, som du kan forestille dig,” siger Pieter Claeys på Max Planck Institute for Physics of Complex Systems i Tyskland. ”Det var et meget overraskende fund.”
”Tilfældige kvantekredsløb har en overflod af anvendelser som ingredienser i kvantealgoritmer, og endda for at demonstrere såkaldt kvanteoverherredømme,” siger Ashley Montanaro ved University of Bristol, UK. ”Forfatterne identificerer allerede adskillige applikationer i kvanteinformation, og jeg forventer, at andre vil følge.” For eksempel ville det gøre det lettere at gøre den slags kvantefordeleksperimenter, som forskere tidligere har gjort, selvom Montanaro advarer om, at dette ikke betyder, at høstning af de praktiske fordele ved en sådan fordel er nærmere.