Квантовые компьютеры помогут понять переход систем из квантового в классическое состояние

[Ippolitovich]

Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory — LANL) разработали новый алгоритм квантовых вычислений, который обеспечивает более чёткое понимание перехода микрообъектов при их масштабировании от квантового состояния к классическому, что может помочь моделировать системы на стыке квантовых и классических миров, таких как биологические белки, а также решать вопросы о том, как квантовая механика применяется к крупномасштабным объектам.

 

«Квантово-классический переход происходит, когда вы добавляете всё больше и больше частиц в квантовую систему», — объясняет Патрик Коулз (Patrick Coles) из группы по изучению физики конденсированных сред и сложных систем в Лос-Аламосской национальной лаборатории. «В итоге странные квантовые эффекты исчезают, и система начинает вести себя более классически. В таких процессах практически невозможно использовать обычный компьютер для изучения квантово-классического перехода. Мы могли бы изучить этот переход при помощи нашего алгоритма и квантового компьютера, состоящего из нескольких сотен кубитов, который, как мы ожидаем, будет доступен в ближайшие несколько лет, исходя из текущего прогресса в данной области».

 

 

Отвечать на вопросы о квантово-классическом переходе крайне сложно. Для систем, состоящих из нескольких атомов, эта проблема быстро становится неразрешимой. Число уравнений растет экспоненциально с каждым добавленным атомом. Белки, например, состоят из длинных цепочек молекул, которые могут стать как важными биологическими компонентами, так и источниками заболевания, в зависимости от того, какую структуру они сформируют. Хотя белки могут быть сравнительно большими молекулами, они настолько малы, что квантово-классический переход и алгоритмы, которые могут с ним справиться, становятся крайне важными для попытки понять и предсказать, как именно будет сворачиваться тот или иной белок.

 

 

Чтобы изучить аспекты квантово-классического перехода на квантовом компьютере, исследователи сначала нуждаются в средствах для определения того, насколько близка квантовая система к классическому поведению, так как квантовые объекты имеют характеристики как частиц, так и волн. В некоторых случаях они взаимодействуют как крошечные бильярдные шары, а в других они взаимодействуют друг с другом как волны, усиливая или подавляя друг друга за счёт интерференции. К счастью, когда нет каких-либо помех, квантовую систему можно описать используя интуитивно понятные классические вероятности, а не более сложные методы квантовой механики.

 

 

Алгоритм разработанный учеными из LANL определяет, насколько близка квантовая система к классическому поведению. Результатом его работы является инструмент, который они могут использовать для поиска классического поведения в квантовых системах и понимания того, каким образом квантовые системы, окружающие нас в повседневной жизни, превращаются в объекты, подчиняющийся законом понятной нам классической физики.