Till skillnad från klassiska partiklar, kvantpartiklar kan färdas i en kvantöverlagring av olika riktningar. Mile Gu, tillsammans med forskare från Griffith utnyttjade detta fenomen för att designa kvantenheter som kan generera en kvantöverlagring av alla möjliga framtider. Kredit:NTU, Singapore.
I 2018 års film Avengers:Infinity War , en scen innehöll Dr Strange som tittade på 14 miljoner möjliga framtider för att söka efter en enda tidslinje där hjältarna skulle vinna. Kanske hade han haft det lättare med hjälp av en kvantdator. Ett team av forskare från Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) och Griffith University i Australien har konstruerat en prototyp av kvantenhet som kan generera alla möjliga framtider i en samtidig kvantsuperposition.
"När vi tänker på framtiden, vi står inför ett stort antal möjligheter, " förklarar biträdande professor Mile Gu vid NTU Singapore, som ledde utvecklingen av kvantalgoritmen som ligger till grund för prototypen "Dessa möjligheter växer exponentiellt när vi går djupare in i framtiden. Till exempel, även om vi bara har två möjligheter att välja mellan varje minut, på mindre än en halvtimme finns det 14 miljoner möjliga terminer. På mindre än en dag, antalet överstiger antalet atomer i universum." Vad han och hans forskargrupp insåg, dock, var att en kvantdator kan undersöka alla möjliga framtider genom att placera dem i en kvantsuperposition – liknande Schrödingers berömda katt, som är levande och död samtidigt.
För att förverkliga detta schema, de gick samman med den experimentella gruppen ledd av professor Geoff Pryde vid Griffith University. Tillsammans, teamet implementerade en speciellt framtagen fotonisk kvantinformationsprocessor där de potentiella framtida resultaten av en beslutsprocess representeras av fotonernas placering – kvantpartiklar av ljus. De visade sedan att tillståndet för kvantanordningen var en överlagring av flera potentiella framtider, viktas av deras sannolikhet att inträffa.
En bild av den experimentella enheten som användes för experimentet. Kredit:Griffith's University
"Den här enhetens funktion är inspirerad av Nobelpristagaren Richard Feynman, " säger Dr Jayne Thompson, en medlem av Singapore-teamet. "När Feynman började studera kvantfysik, han insåg att när en partikel färdas från punkt A till punkt B, den följer inte nödvändigtvis en enda väg. Istället, den korsar samtidigt alla möjliga banor som förbinder punkterna. Vårt arbete utökar detta fenomen och utnyttjar det för att modellera statistiska framtider."
Maskinen har redan demonstrerat en applikation – att mäta hur mycket vår inställning till ett specifikt val i nuet påverkar framtiden. "Vårt tillvägagångssätt är att syntetisera en kvantöverlagring av alla möjliga framtider för varje bias." förklarar Farzad Ghafari, en medlem av experimentgruppen, "Genom att störa dessa superpositioner med varandra, vi kan helt undvika att titta på varje möjlig framtid individuellt. Faktiskt, många nuvarande algoritmer för artificiell intelligens (AI) lär sig genom att se hur små förändringar i deras beteende kan leda till olika framtida resultat, så våra tekniker kan göra det möjligt för kvantförbättrade AI:er att lära sig effekten av sina handlingar mycket mer effektivt."
Teamet noterar medan deras nuvarande prototyp simulerar högst 16 terminer samtidigt, den underliggande kvantalgoritmen kan i princip skalas utan bunden. "Det här är vad som gör fältet så spännande, " säger Pryde. "Det påminner mycket om klassiska datorer på 1960-talet. Precis som få kunde föreställa sig de många användningsområdena för klassiska datorer på 1960-talet, vi är fortfarande mycket i mörkret om vad kvantdatorer kan göra. Varje upptäckt av en ny applikation ger ytterligare drivkraft för deras tekniska utveckling."
Verket presenteras i en kommande artikel i tidskriften Naturkommunikation .
