تلاش برای تعیین کمیت کوانتومی | مجله کوانتا

بیش از 40 سال از زمانی که فیزیکدان ریچارد فاینمن اشاره کرد که ساخت دستگاه های محاسباتی بر اساس اصول کوانتومی می تواند قدرت هایی بسیار بیشتر از رایانه های "کلاسیک" را باز کند، می گذرد. در یک سخنرانی اصلی در سال 1981 فاینمن که اغلب با راه‌اندازی حوزه محاسبات کوانتومی شناخته می‌شود، با یک شوخی معروف به پایان رسید:

"طبیعت کلاسیک نیست، لعنتی، و اگر می خواهید از طبیعت شبیه سازی کنید، بهتر است آن را مکانیکی کوانتومی کنید."

نزدیک به 30 سال از زمانی که ریاضیدان پیتر شور اولین کاربرد بالقوه دگرگون کننده را برای کامپیوترهای کوانتومی ارائه کرد، می گذرد. بیشتر امنیت دنیای دیجیتال بر این فرض بنا شده است که فاکتورگیری اعداد بزرگ یک کار چالش برانگیز و زمان بر است. شور نشان داد که چگونه از کیوبیت ها - اجرام کوانتومی که می توانند در مخلوط های 0 و 1 وجود داشته باشند - برای انجام این کار با ضربان قلب، حداقل نسبت به روش های کلاسیک شناخته شده، استفاده کرد.

محققان کاملاً مطمئن هستند (اگرچه کاملاً مطمئن نیستند) که الگوریتم کوانتومی شور همه الگوریتم‌های کلاسیک را شکست می‌دهد، زیرا - با وجود انگیزه‌های فوق‌العاده - هیچ‌کس با موفقیت رمزگذاری مدرن را با یک ماشین کلاسیک شکسته است. اما برای کارهایی که جذابیت کمتری نسبت به فاکتورسازی دارند، این چنین است سخت است به طور قطع بگویم آیا روش های کوانتومی برتر هستند یا خیر. جستجو برای برنامه های کاربردی بیشتر به یک بازی حدس تصادفی تبدیل شده است.

گفت: "این یک راه احمقانه برای انجام این کار است." کریستال نوئل، فیزیکدان دانشگاه دوک.

در طول 20 سال گذشته، یک کنفدراسیون آزاد از فیزیکدانان متمایل به ریاضی و ریاضیدانان متمایل به فیزیکی تلاش کرده اند تا قدرت قلمرو کوانتومی را با وضوح بیشتری شناسایی کنند. هدفشون؟ برای یافتن راهی برای تعیین کمیت کوانتومی. آنها رویای عددی را می بینند که می توانند به آرایش کیوبیت های تولید شده توسط محاسبات کوانتومی اختصاص دهند. اگر عدد کم باشد، شبیه سازی آن محاسبه در لپ تاپ آسان خواهد بود. اگر بالا باشد، کیوبیت ها پاسخی به یک مشکل واقعاً سخت فراتر از دسترس هر دستگاه کلاسیکی است.

به طور خلاصه، محققان به دنبال عنصر فیزیکی در ریشه قدرت بالقوه دستگاه های کوانتومی هستند.

گفت: "این جایی است که کوانتومی به معنایی فوق العاده دقیق آغاز می شود." بیل ففرمنمحقق کوانتومی در دانشگاه شیکاگو.

تلاش آنها مثمر ثمر بوده است - شاید خیلی مثمر ثمر باشد. به‌جای یافتن یک معیار، محققان به سه مورد دست یافته‌اند که هر کدام راهی مجزا برای جداسازی قلمرو کوانتومی و کلاسیک است. در همین حال، فیزیکدانان شروع به تعجب کرده اند که آیا کمترین مقدار مشخص از این سه در خارج از کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد یا خیر. مطالعات اولیه نشان داده است که دارد، و ممکن است راه جدیدی برای کنترل مراحل ماده کوانتومی و ماهیت مخرب سیاهچاله ها ارائه دهد.

به این دلایل، هم فیزیکدانان و هم دانشمندان کامپیوتر تلاش کرده اند تا توپوگرافی دقیق این پادشاهی کوانتومی سه بخشی را ترسیم کنند. تابستان امسال، سه گروه تحقیقاتی اعلام کردند که بهترین نقشه را از بین سه استان که کمتر آشنا هستند، فرموله کرده اند، و جزئیات مهمی را به درک اینکه کجا پایان کلاسیک و کجای کوانتوم واقعی آغاز می شود، اضافه کردند.

گفت: "بسیار اساسی است که بفهمیم این افق کجاست." کمیل کورزکوا از دانشگاه Jagiellonian در لهستان، یکی از محققان پشت کار جدید. "واقعاً کوانتوم در مورد کوانتوم چیست؟"

گرفتگی

در دهه 1990، عنصر فیزیکی که کامپیوترهای کوانتومی را قدرتمند می کرد، آشکار به نظر می رسید. این باید درهم تنیدگی باشد، پیوند کوانتومی «شیب وار» بین ذرات دور که خود اروین شرودینگر آن را به عنوان «ویژگی مشخصه مکانیک کوانتومی» معرفی کرد.

گفت: «درهم تنیدگی خیلی سریع مطرح شد ریچارد جوزا، ریاضیدان دانشگاه کمبریج. و همه فکر می‌کردند همین بود.»

برای مدتی به نظر می‌رسید که جستجو برای آن ادویه کوانتومی حیاتی قبل از شروع به پایان رسیده بود.

درهم تنیدگی، پدیده‌ای که در آن دو ذره کوانتومی یک حالت مشترک را تشکیل می‌دهند، آنچه را که در انجام مکانیک کوانتومی سخت بود در بر می‌گیرد - و بنابراین آنچه که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند در آن برتری داشته باشند. هنگامی که ذرات در هم پیچیده نیستند، می توانید آنها را به صورت جداگانه پیگیری کنید. اما زمانی که ذرات درهم می‌شوند، اصلاح یا دستکاری یک ذره در یک سیستم مستلزم در نظر گرفتن پیوندهای آن با ذرات درهم‌تنیده دیگر است. با اضافه کردن ذرات بیشتر، این وظیفه به طور تصاعدی رشد می کند. برای مشخص کردن کامل وضعیت n کیوبیت های درهم، به چیزی شبیه به 2 نیاز داریدⁿ بیت های کلاسیک؛ برای محاسبه اثر تغییر یک کیوبیت، باید حدود 2 را انجام دهیدⁿ عملیات کلاسیک برای سه کیوبیت فقط هشت مرحله است. اما برای 10 کیوبیت 1,024 است - تعریف ریاضی چیزهایی که به سرعت بالا می روند.

در 2002Jozsa کمک کرد تا یک فرآیند ساده برای استفاده از یک کامپیوتر کلاسیک برای شبیه سازی یک "مدار" کوانتومی، که یک سری عملیات خاص بر روی کیوبیت ها انجام می شود، ایجاد کند. اگر به برنامه کلاسیک مقداری آرایش اولیه کیوبیت ها بدهید، ترتیب نهایی آنها را بعد از عبور از مدار کوانتومی پیش بینی می کند. جوزا ثابت کرد که تا زمانی که الگوریتم او مداری را شبیه سازی می کند که کیوبیت ها را در هم نمی بندد، می تواند تعداد بیشتری از کیوبیت ها را بدون صرف زمان به طور تصاعدی طولانی تر اداره کند.

به عبارت دیگر، او نشان داد که یک مدار کوانتومی بدون درهم تنیدگی به راحتی در یک کامپیوتر کلاسیک شبیه سازی می شود. از نظر محاسباتی، مدار ذاتاً کوانتومی نبود. مجموعه ای از این مدارهای غیر درهم تنیده (یا به طور معادل، همه آرایش کیوبیت هایی که ممکن است از این مدارهای غیر درهم تنیده خارج شوند) چیزی شبیه به جزیره ای کلاسیک شبیه سازی شده در یک دریای کوانتومی وسیع را تشکیل می دهند.

در این دریا حالت‌های حاصل از مدارهای واقعاً کوانتومی وجود داشت، حالت‌هایی که شبیه‌سازی کلاسیک ممکن است میلیاردها سال طول بکشد. به همین دلیل، محققان درهم تنیدگی را نه تنها به عنوان یک ویژگی کوانتومی، بلکه به عنوان یک منبع کوانتومی در نظر گرفتند: این همان چیزی بود که برای رسیدن به اعماق ناشناخته، جایی که الگوریتم‌های کوانتومی قدرتمندی مانند Shor در آن قرار داشتند، لازم بود.

امروزه، درهم تنیدگی هنوز هم بیشترین مطالعه شده منبع کوانتومی است. ففرمن گفت: "اگر از 99 از 100 فیزیکدان بپرسید [چه چیزی مدارهای کوانتومی را قدرتمند می کند]، اولین چیزی که به ذهن می رسد درهم تنیدگی است."

و تحقیقات فعال در مورد رابطه درهم تنیدگی با پیچیدگی ادامه دارد. برای مثال، ففرمن و همکارانش، سال گذشته نشان داد که برای یک کلاس خاص از مدارهای کوانتومی، درهم تنیدگی به طور کامل تعیین می‌کند که شبیه‌سازی کلاسیک مدار چقدر سخت است. ففرمن گفت: «به محض اینکه به مقدار معینی درهم تنیدگی رسیدید، در واقع می توانید سختی را ثابت کنید. هیچ الگوریتم [کلاسیک] وجود ندارد که کار کند."

اما اثبات ففرمن تنها برای یک طعم از مدارها صادق است. و حتی 20 سال پیش، محققان قبلاً تشخیص داده بودند که درهم تنیدگی به تنهایی نتوانست غنای اقیانوس کوانتومی را بدست آورد.

جوزا و همکارش در مقاله خود در سال 2002 نوشتند: «علیرغم نقش اساسی درهم تنیدگی، ما استدلال می‌کنیم که با این وجود گمراه‌کننده است که درهم تنیدگی را منبعی کلیدی برای قدرت محاسباتی کوانتومی بدانیم.»

معلوم شد که تلاش برای کوانتومی تازه شروع شده بود.

 کمی جادو

جوزا می دانست که درهم تنیدگی حرف آخر در مورد کوانتومی نیست، زیرا چهار سال قبل از کارش، فیزیکدان دانیل گوتسمن خلاف این را نشان داده بود در کنفرانسی در سال 1998 در تاسمانی، گوتسمن توضیح داده شده که، در یک نوع خاص از مدار کوانتومی، کمیت کوانتومی به ظاهر اساسی برای یک کامپیوتر کلاسیک شبیه سازی شده است.

در روش گوتسمن (که او با ریاضیدان امانوئل نیل بحث کرد)، عملیات درهم تنیدگی اساساً هیچ هزینه ای نداشت. شما می‌توانید هر تعداد کیوبیت را که دوست دارید در هم ببندید، و یک کامپیوتر کلاسیک همچنان می‌تواند ادامه دهد.

کورزکوا گفت: «این یکی از اولین شگفتی‌ها، قضیه گوتسمن-نیل، در دهه 90 بود.

توانایی شبیه سازی کلاسیک درهم تنیدگی کمی معجزه به نظر می رسید، اما یک نکته وجود داشت. الگوریتم Gottesman-Knill نمی‌توانست تمام مدارهای کوانتومی را مدیریت کند، فقط مدارهایی که به اصطلاح به دروازه‌های کلیفورد چسبیده بودند. اما اگر یک "T gate" اضافه کنید، یک ابزار به ظاهر بی ضرر که یک کیوبیت را به روش خاصی می چرخاند، برنامه آنها در آن خفه می شود.

به نظر می‌رسید که این دروازه T نوعی منبع کوانتومی تولید می‌کند – چیزی ذاتاً کوانتومی که نمی‌توان آن را در یک کامپیوتر کلاسیک شبیه‌سازی کرد. طولی نکشید که یک جفت فیزیکدان به جوهر کوانتومی تولید شده توسط چرخش ممنوعه T-gate نامی جذاب می دادند: جادو.

در سال 2004، سرگئی براویی، در آن زمان از موسسه فیزیک نظری لاندو در روسیه، و الکسی کیتایف از موسسه فناوری کالیفرنیا، دو طرح را برای انجام هر گونه محاسبه کوانتومی کار کردند: می توانید دروازه های T را در خود مدار قرار دهید. یا می توانید یک "حالت جادوییاز کیوبیت هایی که با گیت های T توسط مدار دیگری تهیه شده بود و آن را به مدار کلیفورد تغذیه می کرد. در هر صورت، جادو برای دستیابی به کوانتومی کامل ضروری بود.

یک دهه بعد، براوی و دیوید گوستمحققی در دانشگاه واترلو در کانادا، چگونگی اندازه گیری مقدار جادو را در مجموعه ای از کیوبیت ها بررسی کرد. و در سال 2016، توسعه دادند یک الگوریتم کلاسیک برای شبیه سازی مدارهای کم جادو. برنامه آنها برای هر دروازه T اضافی به طور تصاعدی بیشتر طول کشید، اگرچه رشد نمایی به اندازه سایر موارد انفجاری نیست. آنها در نهایت کارایی روش خود را با شبیه سازی کلاسیک یک مدار تا حدی جادویی با صدها دروازه کلیفورد و نزدیک به 50 گیت T خم کردند.

امروزه، بسیاری از محققان کامپیوترهای کوانتومی را در حالت کلیفورد (یا نزدیک به آن) کار می‌کنند، دقیقاً به این دلیل که می‌توانند از یک رایانه کلاسیک برای بررسی اینکه آیا دستگاه‌های باگ به درستی کار می‌کنند یا خیر، استفاده می‌کنند. گوست گفت: مدار کلیفورد "برای محاسبات کوانتومی آنقدر مرکزی است که اغراق کردن آن دشوار است."

یک منبع کوانتومی جدید - جادو - وارد بازی شده بود. اما بر خلاف درهم تنیدگی، که به عنوان یک پدیده فیزیکی آشنا آغاز شد، فیزیکدانان مطمئن نبودند که آیا جادو در خارج از کامپیوترهای کوانتومی اهمیت زیادی دارد یا خیر. نتایج اخیر نشان می دهد که ممکن است.

در سال 2021، محققان شناسایی کردند مراحل خاصی از ماده کوانتومی که تضمین شده است که جادو دارند، درست مانند بسیاری از مراحل ماده الگوهای خاص درهم تنیدگی. گفت: "شما برای داشتن یک چشم انداز کامل از فازهای ماده به معیارهای دقیق تری از پیچیدگی محاسباتی مانند جادو نیاز دارید." تیموتی هسیه، یک فیزیکدان در موسسه Perimeter برای فیزیک نظری که روی نتیجه کار کرد. و آلیوسیا هاما از دانشگاه ناپل به همراه همکارانش، اخیرا مطالعه شده است آیا بازسازی صفحات یک دفتر خاطرات بلعیده شده توسط سیاهچاله تنها با مشاهده تشعشعاتی که از خود ساطع می کند، ممکن است یا خیر. جواب مثبت بود، هاما گفت: "اگر سیاهچاله جادوی زیادی نداشته باشد."

برای بسیاری از فیزیکدانان، از جمله هاما، مواد فیزیکی مورد نیاز برای ساختن یک سیستم به شدت کوانتومی واضح به نظر می رسد. ترکیبی از درهم تنیدگی و جادو احتمالاً ضروری است. هیچ کدام به تنهایی کافی نیست. اگر حالتی در هر یک از متریک ها امتیاز صفر دارد، می توانید با کمک Jozsa (اگر درهم تنیدگی صفر باشد) یا از Bravyi و Gosset (اگر ماژیک صفر است) آن را در لپ تاپ خود شبیه سازی کنید.

و با این حال، جست‌وجوی کوانتومی ادامه دارد، زیرا دانشمندان کامپیوتر مدت‌هاست می‌دانند که حتی جادو و درهم‌تنیدگی با هم نمی‌توانند واقعا کوانتومی را تضمین کنند.

جادوی فرمیونی

متریک کوانتومی دیگر تقریباً ربع قرن پیش شروع به شکل گیری کرد. اما تا همین اواخر، کمترین توسعه یافته از این سه بود.

در سال 2001، دانشمند کامپیوتر لسلی معتبر راهی برای شبیه سازی کشف کرد خانواده سوم وظایف کوانتومی. همان‌طور که تکنیک Jozsa بر مدارهای بدون گیت‌های درهم‌تنیده متمرکز بود، و الگوریتم Bravyi-Gosset می‌توانست مدارهایی را بدون گیت T بیش از حد برش دهد، الگوریتم Valiant به مدارهایی محدود شد که فاقد «دروازه تعویض» بودند - عملیاتی که دو کیوبیت طول می‌کشد و آنها را مبادله می‌کند. موقعیت ها

تا زمانی که کیوبیت‌ها را رد و بدل نمی‌کنید، می‌توانید آن‌ها را در هم ببندید و به هر اندازه که دوست دارید به آنها جادو اضافه کنید، و همچنان خود را در یک جزیره کلاسیک متمایز دیگر خواهید یافت. اما به محض اینکه شروع به زدن کیوبیت ها کنید، می توانید شگفتی هایی فراتر از توانایی هر کامپیوتر کلاسیکی انجام دهید.

جوزا گفت: «بسیار عجیب بود». "چطور فقط تعویض دو کیوبیت می تواند این همه قدرت را به شما بدهد؟"

در عرض چند ماه، فیزیکدانان نظری باربارا ترهال و دیوید دی وینچنزو منبع آن قدرت. آنها نشان دادند که مدارهای بدون گیت تعویض Valiant، که به مدارهای "Matchgate" معروف هستند، به طور مخفیانه یک کلاس شناخته شده از مسائل فیزیک را شبیه سازی می کنند. مشابه نحوه شبیه‌سازی رایانه‌ها کهکشان‌های در حال رشد یا واکنش‌های هسته‌ای (بدون اینکه کهکشان یا واکنش هسته‌ای باشند)، مدارهای کبریت‌گیت گروهی از فرمیون‌ها را شبیه‌سازی می‌کنند، خانواده‌ای از ذرات بنیادی که حاوی الکترون هستند.

وقتی از گیت های مبادله استفاده نمی شود، فرمیون های شبیه سازی شده بدون تعامل یا «آزاد» هستند. آنها هرگز با یکدیگر برخورد نمی کنند. حل مسائل مربوط به الکترون های آزاد برای فیزیکدانان نسبتاً آسان است، حتی گاهی اوقات با مداد و کاغذ. اما زمانی که از گیت‌های مبادله استفاده می‌شود، فرمیون‌های شبیه‌سازی شده با یکدیگر برخورد می‌کنند و با هم برخورد می‌کنند و کارهای پیچیده دیگری را انجام می‌دهند. این مشکلات اگر غیرقابل حل نباشد بسیار سخت هستند.

از آنجایی که مدارهای کبریت‌گیت رفتار فرمیون‌های آزاد و بدون تعامل را شبیه‌سازی می‌کنند، شبیه‌سازی کلاسیک آنها آسان است.

اما پس از کشف اولیه، مدارهای کبریت گیت تا حد زیادی ناشناخته ماندند. آنها به اندازه تلاش‌های رایج محاسبات کوانتومی مرتبط نبودند و تجزیه و تحلیل آنها بسیار دشوارتر بود.

این در تابستان گذشته تغییر کرد. سه گروه از محققین به طور مستقل کار Bravyi، Gosset و همکارانشان را بر روی این مشکل آوردند - تقاطع بی‌نظیری از تحقیقات که حداقل در یک مورد، زمانی که فرمیون‌ها در قهوه آمدند کشف شد (همانطور که اغلب وقتی فیزیکدانان انجام می‌دهند. با یکدیگر).

تیم ها هماهنگ شدند آزاد of شان یافته ها در ماه ژوئیه.

هر سه گروه اساساً ابزارهای ریاضی را که پیشگامان جادو برای کاوش مدارهای کلیفورد توسعه داده بودند، مجدداً تنظیم کردند و آنها را در قلمرو مدارهای کبریت گیت به کار بردند. سرگی استرلچوک و جاشوا کادبی کمبریج بر روی اندازه گیری ریاضی منابع کوانتومی که مدارهای کبریت گیت فاقد آن بودند، تمرکز کرد. از نظر مفهومی، این منبع با "تعامل" مطابقت دارد - یا اینکه فرمیون های شبیه سازی شده چقدر می توانند یکدیگر را حس کنند. هیچ تعاملی به طور کلاسیک برای شبیه سازی آسان نیست، و تعامل بیشتر شبیه سازی را سخت تر می کند. اما یک بسته تعاملی اضافی چقدر شبیه سازی ها را سخت تر کرد؟ و آیا میانبرهایی وجود داشت؟

ما هیچ شهودی نداشتیم. استرلچوک گفت: ما باید از صفر شروع می کردیم.

دو گروه دیگر راهی برای شکستن یک حالت سخت‌تر شبیه‌سازی به مجموع عظیمی از حالت‌های شبیه‌سازی آسان‌تر ایجاد کردند، و در عین حال پیگیری می‌کردند که این حالت‌های ساده‌تر کجا لغو شده‌اند و کجا جمع شده‌اند.

نتیجه یک نوع فرهنگ لغت برای انتقال الگوریتم های شبیه سازی کلاسیک از دنیای کلیفورد به دنیای کبریت گیت بود. گفت: «اساساً همه چیزهایی که برای مدارهای [کلیفورد] دارند، اکنون قابل ترجمه است بئاتریز دیاسفیزیکدان دانشگاه فنی مونیخ، "بنابراین ما مجبور نیستیم همه این الگوریتم ها را دوباره اختراع کنیم."

اکنون، الگوریتم‌های سریع‌تر می‌توانند مدارها را با چند گیت تعویض به طور کلاسیک شبیه‌سازی کنند. همانند درهم تنیدگی و جادو، الگوریتم‌ها با افزودن هر دروازه ممنوعه به طور تصاعدی طولانی‌تر می‌شوند. اما الگوریتم ها نشان دهنده یک گام مهم به جلو هستند.

الیور ریردون اسمیت، که با کورزکوا و میشال اوزمانیچ آکادمی علوم لهستان در ورشو تخمین می زند که برنامه آنها می تواند مداری را با 10 گیت تعویض پرهزینه 3 میلیون برابر سریعتر از روش های قبلی شبیه سازی کند. الگوریتم آن‌ها به رایانه‌های کلاسیک اجازه می‌دهد تا کمی عمیق‌تر به دریای کوانتومی نفوذ کنند، هم توانایی ما برای تأیید عملکرد رایانه‌های کوانتومی را تقویت می‌کند و هم منطقه‌ای را که هیچ برنامه کوانتومی قاتل نمی‌تواند در آن زندگی کند، گسترش می‌دهد.

ریردون اسمیت گفت: «شبیه‌سازی رایانه‌های کوانتومی برای بسیاری از افراد مفید است. ما می خواهیم این کار را تا جایی که می توانیم سریع و ارزان انجام دهیم.»

در مورد اینکه منبع «تعاملی» را که گیت‌های مبادله تولید می‌کند چه می‌توان نامید، هنوز نام رسمی ندارد. برخی آن را سحر و جادو می نامند و برخی دیگر اصطلاحات بداهه ای مانند «چیزهای غیر فرمیونی» را به کار می برند. استرلچوک "جادوی فرمیونی" را ترجیح می دهد.

جزایر بیشتر در افق

اکنون محققان با استفاده از سه معیار که هر کدام مربوط به یکی از سه روش شبیه‌سازی کلاسیک است، به راحتی کمی کوانتومی را افزایش می‌دهند. اگر مجموعه‌ای از کیوبیت‌ها تا حد زیادی درهم‌تنیده نباشد، جادوی کمی داشته باشد، یا دسته‌ای از فرمیون‌های تقریباً رایگان را شبیه‌سازی کند، محققان می‌دانند که می‌توانند خروجی آن را روی یک لپ‌تاپ کلاسیک بازتولید کنند. هر مدار کوانتومی با امتیاز پایین در یکی از این سه معیار کوانتومی در کم عمق در سواحل یک جزیره کلاسیک قرار دارد و مطمئناً الگوریتم بعدی شور نخواهد بود.

گوست گفت: «در نهایت، [مطالعه شبیه‌سازی کلاسیک] به ما کمک می‌کند تا بفهمیم مزیت کوانتومی را می‌توان یافت.

اما هر چه محققان با این سه روش مختلف برای اندازه‌گیری کوانتومی بودن یک دسته کیوبیت آشنا شوند، رویای اولیه برای یافتن یک عدد واحد که تمام جنبه‌های کوانتومی را در بر می‌گیرد، گمراه‌تر به نظر می‌رسد. در یک مفهوم کاملا محاسباتی، هر مدار معین باید یک کوتاه ترین زمان لازم برای شبیه سازی آن را با استفاده از سریع ترین الگوریتم های ممکن داشته باشد. با این حال، درهم تنیدگی، جادو و جادو فرمیونی کاملاً با یکدیگر متفاوت هستند، بنابراین دورنمای متحد کردن آنها تحت یک متریک کوانتومی بزرگ برای محاسبه کوتاه‌ترین زمان اجرای مطلق دور به نظر می‌رسد.

جوزا گفت: "فکر نمی کنم این سوال منطقی باشد." "هیچ نوع واحدی وجود ندارد که اگر مقدار بیشتری از آن را وارد کنید، قدرت بیشتری خواهید داشت."

در عوض، به نظر می‌رسد که این سه منبع کوانتومی مصنوعات زبان‌های ریاضی مورد استفاده برای جمع کردن پیچیدگی کوانتومی در چارچوب‌های ساده‌تر هستند. درهم تنیدگی زمانی به عنوان یک منبع پدیدار می شود که مکانیک کوانتومی را به روشی که شرودینگر ترسیم کرده است، تمرین کنید، که از معادله همنام خود برای پیش بینی چگونگی تغییر تابع موج یک ذره در آینده استفاده می کند. این نسخه کتاب درسی مکانیک کوانتومی است، اما تنها نسخه نیست.

زمانی که گوتسمن روش خود را برای شبیه‌سازی مدارهای کلیفورد توسعه داد، آن را بر اساس انواع قدیمی‌تری از مکانیک کوانتومی که توسط ورنر هایزنبرگ توسعه یافته بود، ساخت. در زبان ریاضی هایزنبرگ، وضعیت ذرات تغییر نمی کند. در عوض، این «عملگرها» - اشیاء ریاضی که ممکن است برای پیش‌بینی احتمال برخی از مشاهدات استفاده کنید - هستند که تکامل می‌یابند. محدود کردن دید فرد به فرمیون‌های آزاد مستلزم مشاهده مکانیک کوانتومی از طریق یک لنز ریاضی دیگر است.

هر زبان ریاضی به شیوایی جنبه‌های خاصی از حالات کوانتومی را به تصویر می‌کشد، اما به قیمت به هم زدن برخی ویژگی‌های کوانتومی دیگر. این خصوصیات ناشیانه بیان شده سپس به منبع کوانتومی در آن چارچوب ریاضی تبدیل می شوند - جادو، درهم تنیدگی، جادوی فرمیونی. جوزا بر این باور است که غلبه بر این محدودیت و شناسایی یک ویژگی کوانتومی برای حاکمیت بر همه آنها، مستلزم یادگیری تمام زبان های ریاضی ممکن برای بیان مکانیک کوانتومی و جستجوی صفات جهانی است که همه آنها ممکن است مشترک باشند.

این یک پیشنهاد تحقیقاتی جدی نیست، اما محققان در حال مطالعه زبان‌های کوانتومی بیشتر فراتر از سه زبان اصلی و منابع کوانتومی مربوطه هستند. به عنوان مثال، هسیه به مراحلی از ماده کوانتومی علاقه مند است که در صورت تجزیه و تحلیل به روش استاندارد، احتمالات منفی بی معنی را تولید می کنند. او دریافته است که این منفی‌گرایی می‌تواند مراحل خاصی از ماده را به همان اندازه که جادو می‌تواند تعریف کند.

دهه‌ها پیش، به نظر می‌رسید که پاسخ به این سؤال که چه چیزی یک سیستم را کوانتومی می‌کند، واضح بود. امروزه محققان بهتر می دانند. پس از 20 سال کاوش در اولین جزایر کلاسیک، بسیاری گمان می کنند که سفر آنها ممکن است هرگز به پایان نرسد. حتی در حالی که آنها به اصلاح درک خود از جایی که قدرت کوانتومی نیست، ادامه می دهند، می دانند که ممکن است هرگز نتوانند دقیقاً بگویند کجاست.

کوانتوم در حال انجام یک سری نظرسنجی برای ارائه خدمات بهتر به مخاطبانمان است. ما را بگیر نظرسنجی فیزیک خوان و شما برای برنده شدن رایگان وارد خواهید شد کوانتوم کالا