Понимание случайности имеет решающее значение во многих областях. Изучение и интерпретация случайности помогают нам моделировать явления реального мира, разрабатывать алгоритмы и прогнозировать результаты в неопределённых ситуациях. Это важно для информатики, инженерии, криптографии и прогнозирования погоды.
Случайность также важна в квантовых вычислениях, 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.
Это хорошая новость, поскольку исследования могут проложить путь к более быстрым и эффективным квантовым компьютерам.
В отличие от классических компьютеров, которые кодируют информацию в битах (нулях или единицах), основной единицей информации в квантовых вычислениях является квантовый бит, или кубит. Организация или перемешивание этих кубитов в случайных конфигурациях — один из способов, с помощью которого учёные продемонстрировали, 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 разрушения хрупкого квантового состояния каждого кубита. Поэтому считалось, что только небольшие квантовые компьютеры могут обрабатывать приложения, основанные на случайности.
Команда Калифорнийского технологического института показала, что эти случайные конфигурации кубитов можно создавать с меньшим количеством перемешиваний. Как же они это сделали?
Они представили, что разделяют группу 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, поскольку 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 физического наблюдения», — говорится в исследовании.
© 2025 Science X Network
More from Quantum Physics
classical computers that encode information in \”bits\” (either zeros or ones), the basic unit of information in quantum computing is the quantum bit or qubit. Arranging or shuffling these qubits in random configurations is one way scientists have demonstrated how quantum computers can outperform classical ones. It’s known as the quantum advantage.”,”Shuffling qubits is a bit like shuffling a pack of playing cards. The more you add, the harder it becomes and the longer the process takes.”,”Also, the more you shuffle in the quantum world, the greater the chance of ruining the delicate quantum state of each qubit. For this reason, it was thought that only small quantum computers could handle applications that relied on randomness.”,”What the team at the California Institute of Technology has done is show that these random qubit configurations can be produced with fewer shuffles. So, how did they do it?”,”They imagined splitting a group of qubits into smaller blocks and then proved mathematically that each block could generate randomness.”,”Describing their research in a paper in Science, the team showed how these smaller qubit blocks could be \”glued\” together to create a well-shuffled version of the original qubit sequence.”,”As a result, it may be possible to use randomly arranged qubit sequences on larger quantum systems. That means it could be easier to build more powerful quantum computers for tasks such as cryptography, simulations and a host of other real-world applications.”,”The researchers also believe their findings point to something even deeper. Namely, there may be fundamental limits to what we can observe in nature because quantum systems hide information incredibly quickly.”,”\”Our results show that several fundamental physical properties—evolution time, phases of matter, and causal structure— are probably hard to learn through conventional quantum experiments. This raises profound questions about the nature of physical observation itself.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t © 2025 Science X Network\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t “,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Quantum Physics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник