Kvantreplikanter av responsiva system kan vara mer effektiva än klassiska modeller, säger forskare från Center for Quantum Technologies i Singapore, eftersom klassiska modeller måste lagra mer tidigare information än vad som är nödvändigt för att simulera framtiden. De har publicerat sina fynd i npj Quantum Information .

Ordet "replikant" väcker tankar om en sci-fi-värld där samhället har ersatt vanliga varelser med konstgjorda maskiner som replikerar deras beteende. Nu har forskare från Singapore visat att om sådana maskiner någonsin skapas, de kommer att köra mer effektivt om de utnyttjar kvantteorin för att svara på miljön.

Detta följer resultaten från ett team från Center for Quantum Technologies (CQT), publicerad 10 februari i npj Quantum Information . Teamet undersökte 'input-output-processer', bedöma det matematiska ramverk som används för att beskriva godtyckliga enheter som fattar framtida beslut baserat på stimuli från miljön. I nästan alla fall, de hittade, en kvantanordning är mer effektiv eftersom klassiska enheter måste lagra mer tidigare information än vad som är nödvändigt för att simulera framtiden.

"Anledningen visar sig vara kvantteorins brist på en definitiv verklighet, "säger medförfattaren Mile Gu, en biträdande professor vid Nanyang Technological University, Singapore, som är ansluten till CQT. "Kvantmekanik har denna berömda egenskap där vissa egenskaper hos kvantpartiklar inte bara är okända innan de mäts, men i grunden existerar det inte i ett definitivt tillstånd före mätningen, "säger han. Fysiken anger bara sannolikheterna för att systemet kollapsar till varje möjligt värde när mätningen är utförd. Det låter kvantsystemet, på sätt och vis, gör mer med mindre.

Medförfattare Jayne Thompson, forskare vid CQT, förklarar vidare:"Klassiska system har alltid en definitiv verklighet. De måste behålla tillräckligt med information för att svara korrekt på varje möjlig framtida stimulans. Genom att konstruera en kvantanordning så att olika ingångar är som olika kvantmätningar, vi kan replikera samma beteende utan att behålla en fullständig beskrivning av hur vi ska svara på varje enskild fråga. "Andrew Garner, en annan forskare vid CQT, och Vlatko Vedral, en huvudutredare vid CQT och professor vid University of Oxford, bidragit också till tidningen.

Fynden främjar tidigare arbete. Under 2012, Vedral, Gu och andra visade ett liknande resultat för en annan klass av problem som kallas stokastiska processer. Dessa är system som har dynamik oberoende av yttre stimuli. Det resultatet testades precis av experter från Griffith University i Australien. De konstruerade en verklig kvantsimulator av en stokastisk process [ Vetenskapliga framsteg 3, e1601302 (2017)].

Detta principprövade experiment använde bara två ljuspartiklar. De första simuleringarna av input-output-processer kommer troligen också att vara småskaliga, men Gu hoppas att i slutändan få se kvantteknik som simulerar hur komplexa system kommer att reagera och utvecklas i verkliga situationer.

"Input-output-processer är allestädes närvarande i naturen, "säger Vedral." Varje enhet är i huvudsak en input-output-process, från neurala nätverk som bearbetar tidigare insatser för att fatta framtida beslut, till frön som avgör när de ska gro utifrån yttre stimuli, " han säger.

"Människor har länge fascinerats av tanken på att replikera naturen genom maskiner, från Leonardo da Vincis berömda mekaniska riddare till spekulativ skönlitteratur om framtida androider som Philip K. Dicks 'Do Androids Dream of Electric Sheep' som inspirerade Blade Runner -filmen, "Gu säger." Kanske androider i framtiden, konstruerad av en avancerad civilisation besatt av effektivitet, kommer istället att drömma om kvantfår. "