Понимание случайности имеет решающее значение во многих областях. В информатике, инженерии, криптографии и метеорологии изучение и интерпретация случайности помогают нам моделировать явления реального мира, разрабатывать алгоритмы и прогнозировать результаты в неопределённых ситуациях.
Случайность также важна для квантовых вычислений, но её генерация обычно требует большого количества операций. Однако Томас Шустер и его коллеги из Калифорнийского технологического института продемонстрировали, что квантовые компьютеры могут создавать случайность гораздо проще, чем считалось ранее.
И это хорошая новость, потому что исследования могут проложить путь к созданию более быстрых и эффективных квантовых компьютеров.
В отличие от классических компьютеров, которые кодируют информацию в битах (нулях или единицах), основной единицей информации в квантовых вычислениях является квантовый бит, или кубит. Расстановка или перемешивание этих кубитов в случайных конфигурациях — один из способов, с помощью которого учёные демонстрируют, как квантовые компьютеры могут превзойти классические. Это известно как квантовое преимущество.
Перемешивание кубитов немного похоже на перемешивание колоды игральных карт. Чем больше вы добавляете, тем сложнее становится процесс и тем больше времени он занимает.
Кроме того, чем больше вы «перемешиваете» в квантовом мире, тем больше вероятность нарушить хрупкое квантовое состояние каждого кубита. По этой причине считалось, что только небольшие квантовые компьютеры могут обрабатывать приложения, основанные на случайности.
Что сделала команда из Калифорнийского технологического института, так это показала, что эти случайные конфигурации кубитов можно получить с меньшим количеством перемешиваний. Как же они это сделали?
Они представили себе разделение группы кубитов на более мелкие блоки, а затем математически доказали, что каждый блок может генерировать случайность.
Описывая своё исследование в статье в журнале Science, команда показала, как эти меньшие блоки кубитов можно «склеить» вместе, чтобы создать хорошо перемешанную версию исходной последовательности кубитов.
В результате, возможно, удастся использовать случайно расположенные последовательности кубитов в более крупных квантовых системах. Это означает, что создание более мощных квантовых компьютеров для таких задач, как криптография, моделирование и множество других приложений в реальном мире, может стать проще.
Исследователи также считают, что их выводы указывают на нечто более глубокое. А именно, могут существовать фундаментальные ограничения того, что мы можем наблюдать в природе, потому что квантовые системы невероятно быстро скрывают информацию.
«Наши результаты показывают, что несколько фундаментальных физических свойств — время эволюции, фазы материи и причинная структура — вероятно, трудно изучить с помощью обычных квантовых экспериментов. Это поднимает глубокие вопросы о природе самого физического наблюдения».
© 2025 Science X Network
Больше из раздела [Квантовая физика](https://www.physicsforums.com/forums/quantum-physics.62/).