Los Alamos National Laboratory-forskare har utvecklat en ny kvantberäkningsalgoritm som ger en tydligare förståelse av kvant-till-klassisk övergång, som skulle kunna hjälpa till att modellera system på gränsen till kvant- och klassiska världar, såsom biologiska proteiner, och även lösa frågor om hur kvantmekanik gäller för stora objekt.

"Den kvant-till-klassiska övergången inträffar när du lägger till fler och fler partiklar till ett kvantsystem, "sa Patrick Coles från gruppen Physics of Condensed Matter and Complex Systems vid Los Alamos National Laboratory, "så att de konstiga kvanteffekterna försvinner och systemet börjar bete sig mer klassiskt. För dessa system, det är i princip omöjligt att använda en klassisk dator för att studera kvant-till-klassisk övergång. Vi skulle kunna studera detta med vår algoritm och en kvantdator bestående av flera hundra qubits, som vi räknar med kommer att vara tillgängliga under de närmaste åren baserat på de nuvarande framstegen på området. "

Att besvara frågor om kvant-till-klassisk övergång är notoriskt svårt. För system med mer än några atomer, problemet blir snabbt omöjligt. Antalet ekvationer växer exponentiellt med varje tillsatt atom. Proteiner, till exempel, består av långa strängar av molekyler som kan bli viktiga biologiska komponenter eller källor till sjukdom, beroende på hur de fälls ihop. Även om proteiner kan vara relativt stora molekyler, de är tillräckligt små för att den kvant-till-klassiska övergången, och algoritmer som kan hantera det, bli viktigt när man försöker förstå och förutsäga hur proteiner viker sig.

För att studera aspekter av kvant-till-klassisk övergång på en kvantdator, forskare behöver först ett sätt att karaktärisera hur nära ett kvantsystem är att bete sig klassiskt. Kvantobjekt har egenskaper hos både partiklar och vågor. I vissa fall, de interagerar som små biljardbollar, i andra stör de varandra på ungefär samma sätt som vågor på havet kombineras för att göra större vågor eller avbryta varandra. Den vågliknande störningen är en kvanteffekt. Lyckligtvis, ett kvantsystem kan beskrivas med hjälp av intuitiva klassiska sannolikheter snarare än de mer utmanande metoderna för kvantmekanik, när det inte finns någon störning.

LANL -gruppens algoritm avgör hur nära ett kvantsystem är att bete sig klassiskt. Resultatet är ett verktyg de kan använda för att söka efter klassicitet i kvantsystem och förstå hur kvantsystem, i slutet, verkar klassiska för oss i vår vardag.