استخدام الحوسبة الكمومية لملاحظة التشابك الكمي

استخدام الحوسبة الكمومية لملاحظة التشابك الكمي
استخدام الحوسبة الكمومية لملاحظة التشابك الكمي - العنوان: تمثيل ثقب دودي يمكن اجتيازه تتدفق من خلاله المعلومات الكمية. الائتمان: الصورة: A. Mueller / inqnet

قام باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة هارفارد ومؤسسات أخرى بنقل المعلومات الكمومية عبر نظام كمي لأول مرة ، في عملية يمكن مقارنتها بالمرور عبر ثقب دودي. أظهرت الحسابات من التجربة أن الكيوبتات انتقلت من نظام من الجسيمات المتشابكة إلى نظام آخر في نمط الجاذبية ، لكن هذه التجربة لم تخلق اضطرابًا في المكان والزمان الفيزيائيين بالمعنى الذي يمكننا من خلاله فهم مصطلح "الثقب الدودي" من الخيال العلمي . استخدمت هذه التجربة جهاز المعالج الكمي Sycamore من Google ، والذي يمهد الطريق لمزيد من أبحاث الحوسبة الكمومية حول فيزياء الجاذبية ونظرية الأوتار في المستقبل.

أحد أكثر الاستخدامات الرائعة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية هو محاكاة الأنظمة الكمية شديدة التفاعل ، مثل تلك التي تنشأ في الجاذبية الكمية ، وفقًا لدانييل هارلو ، الأستاذ المشارك في الفيزياء للتطوير الوظيفي والباحث في مختبر العلوم النووية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (LNS). ). يعمل Harlow مع David Kolchemeyer ، أحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة. "هذه خطوة أولى إيجابية."

في منشور جديد نُشر في مجلة Nature ، يصف الباحثان كولشماير وألكسندر زلوكابا ، من مركز MIT للفيزياء النظرية (CTP) و LNS ، نتائج نظامين كميين يتصرفان بشكل مشابه لثقب دودي يمكن اجتيازه.

يربط الثقب الدودي منطقتين بعيدتين من الزمكان. وفقًا للنظرية النسبية العامة ، لا يُسمح لأي شيء بالمرور عبر الثقب الدودي. في عام 2019 ، اقترح دانييل جافريس وزملاؤه من جامعة هارفارد أن ثقبًا أسود متشابكًا يمكن أن يخلق ثقبًا دوديًا يمكن للمرء أن يمر من خلاله.

باستخدام نظام ديناميكي كمي بسيط مكون من الفرميونات ، وجد هؤلاء العلماء "آلية كمومية لجعل ثقب دودي قابلًا للعبور من خلال توفير تفاعل مباشر بين مناطق الزمكان البعيدة" ، يشرح كولشماير. استخدمنا هذه الأنظمة الكمومية المتشابكة في جهودنا لإنشاء هذا النوع من "النقل الآني للثقب الدودي" باستخدام الحوسبة الكمومية وتمكنا من التحقق من النتائج باستخدام أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

نُشرت الدراسة ، مع المؤلفين البارزين البروفيسور ماريا سبيروبولو و Jafferis من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، في 1 ديسمبر في مجلة Nature. المؤلفون الرئيسيون هم جوزيف دي لايكين من معهد Fermilab Quantum وقسم الفيزياء النظرية ، Kolchmeyer و Zlokapa من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهارتموت نيفين من Google Quantum AI. Samantha I. Davis و Nikolai Lauk هما باحثان مساهمان آخران من Caltech و Alliance for Quantum Technologies (AQT).

في هذه التجربة ، استخدم العلماء المعالج الكمي Sycamore 53 كيوبت لنقل حالة كمية من نظام كمي إلى آخر لإرسال إشارة عبر "الثقب الدودي". كان على فريق العمل العثور على أنظمة كمومية متشابكة تتصرف وفقًا لما تنبأت به الجاذبية الكمية ، وكانت أيضًا صغيرة بما يكفي لتشغيلها على أجهزة الكمبيوتر الكمومية من الجيل الحالي.

وفقًا لـ Zlokapa ، طالب الدراسات العليا في الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والذي بدأ هذا البحث كطالب جامعي في مجموعة Spiropulu ، كان التحدي الرئيسي في هذا العمل هو تحديد نظام كمي بسيط بما فيه الكفاية متعدد الأجسام يحتفظ بخصائص الجاذبية.

لتحقيق ذلك ، استخدم العلماء أساليب التعلم الآلي لتقليل اتصال الأنظمة الكمومية شديدة التفاعل. تتطلب كل عينة من الأنظمة ذات السلوك المتوافق مع الجاذبية الكمومية والتي نشأت من عملية التعلم هذه حوالي 10 كيوبت فقط ، مما يجعلها الحجم المثالي لمعالج الجميز.

كان العثور على مثل هذه العينات الصغيرة أمرًا بالغ الأهمية ، وفقًا لـ Zlokapa ، لأن الأنظمة الأكبر التي تحتوي على مئات الكيوبتات لن تكون قادرة على العمل على المنصات الكمية المستخدمة حاليًا.

بعد أن وجد Zlokapa وفريقه هذه الأنظمة ذات 10 كيوبت ، تمكنوا من عرض نفس المعلومات في النظام الكمي الآخر في المعالج عن طريق وضع كيوبت في نظام واحد ثم تطبيق موجة صدمة من الطاقة عبر المعالج. اعتمادًا على ما إذا كانت موجة الصدمة موجبة أو سلبية ، قام العلماء بقياس مقدار المعلومات الكمية التي تم نقلها بين النظامين الكميين.

"لقد أظهرنا أنه إذا تم إبقاء الثقب الدودي مفتوحًا بواسطة موجات صدمة الطاقة السلبية لفترة كافية ، فيمكن بناء مسار سببي بين نظامين كميين. وفقًا لسبيروبولو ، فإن الكيوبت المُدرج في نظام واحد هو في الواقع نفس الكيوبت الذي يظهر في النظام الآخر.

ثم استخدم العلماء حسابات الكمبيوتر التقليدية للتحقق من هذه الميزات وغيرها. وفقًا لـ Spiropulu ، "هذا يختلف عن المحاكاة على جهاز كمبيوتر تقليدي." لم يتم إنشاء أي نظام فيزيائي ، حتى على جهاز كمبيوتر كلاسيكي ، من خلال محاكاة تقليدية ، وهي المعالجة الكلاسيكية للبتات والأصفار والآحاد ، وقد تم القيام بذلك على النحو المفصل في هذه الدراسة. لاحظنا هنا كيف مرت البيانات عبر الثقب الدودي.

بفضل هذا البحث الجديد ، أصبح من الممكن الآن إجراء تجارب مستقبلية للجاذبية الكمومية مع أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر وأنظمة متشابكة أكثر تعقيدًا. وفقًا لسبيروبولو ، لا يحل هذا البحث محل الملاحظات المباشرة للجاذبية الكمومية ، حيث حصل مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGOdiscovery) على موجات الجاذبية.

يهتم Kolchmeyer و Zlokapa بتعلم كيف يمكن لهذه التجارب أن تزيد من فهمنا للجاذبية الكمومية. "أنا مهتم جدًا برؤية إلى أي مدى يمكننا التحقيق في الجاذبية الكمية في أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم. أنا متحمس جدًا لبعض أفكار عمل المتابعة الخاصة ، "يضيف Zlokapa.

المصدر: news.mit.edu

Günceleme: 13/12/2022 23:19

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz