Новый интерактивный веб-инструмент позволяет наглядно понять абстрактные концепции квантовой теории игр. Разработка университета Кобе объединяет принципы, схожие с диалогом в джазе и импровизационной музыке, и направлена на научное исследование креативности.
Для многих из нас квантовая механика, теория игр и джаз — сложные понятия, и трудно представить, как они могут сочетаться. Однако инженер-квантовик из университета Кобе Соума Сатофуми считает, что они не только могут плодотворно взаимодействовать, но и их сочетание открывает новые возможности для понимания каждого из них.
Создав первую в мире интерактивную музыкальную систему на основе квантовой теории игр, пользователи могут получать визуальную и звуковую обратную связь в реальном времени о том, как переплетаются их стратегии. Это напоминает квантовую джем-сессию.
Теория игр предоставляет математические рекомендации по выбору оптимальных стратегий на основе ожидаемой выгоды и служит основой для анализа сценариев взаимодействия субъектов с разными стимулами. Она применяется в различных областях — от экономики до политики.
Квантовая теория игр — это расширение, в котором решения двух «игроков» становятся «наложенными» и «запутанными», то есть вероятностными и зависимыми друг от друга.
Соума говорит: «Квантовая теория игр и квантовая когнитивная наука представляют новые тенденции в моделировании психологии и принятия решений, однако исследования оставались в рамках теоретических и математических моделей, и лишь немногие из них были связаны с человеческой и творческой деятельностью, такой как музыка и искусство».
На третьем Международном симпозиуме по квантовым вычислениям и музыкальной креативности Соума представляет новый браузерный интерфейс, основанный на дилемме заключённого — игре, в которой два игрока независимо выбирают между сотрудничеством и предательством.
В квантовой версии Соумы вместо конкретного пути действия пользователи выбирают позицию по отношению к другому игроку, а затем выбирают ноту на цифровой клавиатуре. Однако нота, которую они слышат, — это результат, рассчитанный на основе квантово-механических правил, применяемых в квантовых вычислениях, с учётом их стратегий и выбранной ноты.
Это первый случай, когда такие понятия, как квантовая неопределённость и запутанность, были выражены в виде звуковых взаимодействий, что должно позволить пользователям получить более наглядное представление об основных квантовых концепциях.
Соума говорит: «Особенно структура, в которой неожиданная гармония или диссонанс возникают из-за вмешательства стратегий игроков, аналогична диалогу, встречающемуся в джазе и импровизационной музыке».
В дальнейшем Соума и его команда усовершенствуют эту концепцию, чтобы охватить ещё больше измерений, таких как многосторонние модели творческого принятия решений и структуры более высоких измерений, обрабатывающие несколько кубитов.
«В конечном счёте, — говорит он, — мы стремимся связать эту работу с научным исследованием креативности — пониманием человеческого творческого процесса и применением этой модели в искусственном интеллекте и квантовом оборудовании».
Предоставлено университетом Кобе.
Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны разработали метод калибровки электронных спектрометров с экстремальной точностью путём связывания микроволновых, оптических и свободных электронных частот
Частота — одна из наиболее точно измеримых величин в науке. Благодаря оптическим частотным гребёнкам — инструментам, генерирующим серию равноотстоящих точных частот, подобно зубьям линейки, исследователи могут связывать частоты по всему электромагнитному спектру, от микроволн до оптического света, что позволяет добиться прорывов в хронометрии, спектроскопии и навигации.
Спектроскопия потерь энергии электронов (EELS) — мощный инструмент, используемый для исследования структуры и свойств материалов на атомном уровне. Он работает путём измерения того, как электроны теряют энергию при прохождении через образец. Хотя EELS обеспечивает отличное пространственное разрешение, его спектральное разрешение, способность точно измерять энергию, отставало от оптических методов.
Текущие методы калибровки EELS основаны на атомных уровнях энергии, что ограничивает как точность, так и диапазон. Для приложений, требующих высокой спектральной точности, таких как наномасштабный анализ материалов или вибрационная спектроскопия, это создаёт проблему.
Чтобы преодолеть это ограничение, профессор Тобиас Дж. Киппенберг, доктор Томас ЛаГренж и профессор Фабрицио Карбоне разработали новую технику, которая переносит точность оптических частотных гребёнок в область свободных электронов. Работа, опубликованная в Nature Communications, показывает, что можно связать измерения частоты в микроволновом, оптическом и свободно-электронном диапазонах с помощью фотонного чипа внутри просвечивающего электронного микроскопа.
В основе метода лежит чип из нитрида кремния (Si₃N₄), интегрированный в просвечивающий электронный микроскоп. Исследователи направили на чип непрерывный лазерный луч. Этот лазер был настроен на определённую частоту с помощью оптической частотной гребёнки в качестве «линейки».
Когда свободные электроны проходили рядом с чипом, они взаимодействовали с электромагнитным полем лазера, поглощая крошечные количества энергии квантовыми шагами. Это взаимодействие модифицировало электронный спектр в гребенчатую структуру, где каждый пик соответствовал кратному энергии фотона лазера, которая была точно определена с помощью частотной гребёнки.
Анализируя гребенчатый электронный спектр, команда смогла откалибровать электронный спектрометр с поразительной точностью. Они сравнили различные калибровочные прогоны и обнаружили, что их метод может обнаруживать систематические ошибки в номинальной дисперсии спектрометра и исправлять их с высокой точностью. Этот новый подход к калибровке в 20 раз более точен, чем традиционные методы, и остаётся стабильным при различных частотах лазера.
Они также показали, что электронный спектр можно использовать для расчёта оптической частоты лазера, по сути позволяя свободным электронам измерять свет.
Техника открывает двери для сверхвысокоточной электронной спектроскопии. Она может улучшить нашу способность изучать вибрационные и электронные свойства материалов, анализировать химическое связывание или даже исследовать квантовые эффекты на наноуровне. Поскольку в методе используются обычные просвечивающие электронные микроскопы в непрерывном режиме, он широко применим. В будущем эта работа может привести к созданию нового стандарта для определения изменений энергии в электронной спектроскопии и даже к появлению электронных частотных гребёнок.
Предоставлено Федеральной политехнической школой Лозанны.