Slå ett mynt. Huvuden? Ta ett steg till vänster. Svansar? Ta ett steg till höger. I kvantvärlden? Gå åt båda hållen på en gång, som en våg som breder ut sig. Kallas 'walker-analogin, ' denna slumpmässiga process kan tillämpas i både klassiska och kvantalgoritmer som används i toppmodern teknik som artificiell intelligens och datasökningsprocesser. Dock, slumpmässigheten gör också promenaden svår att kontrollera, vilket gör det svårare att designa system exakt.

Ett forskarlag baserat i Japan kan gå mot en mer kontrollerad promenad genom att avslöja mekanismen som ligger till grund för riktningsbeslutet för varje kvantsteg och introducera ett sätt att potentiellt styra rörelseriktningen. De publicerade sina resultat den 16 oktober i Vetenskapliga rapporter , en Nature Research-tidskrift.

"I vår studie, vi fokuserade på myntet som bestämmer beteendet för kvantvandringen för att utforska kontrollerbarheten, " sa pappersförfattaren Haruna Katayama, doktorand vid Graduate School of Integrated Arts and Sciences vid Hiroshima University.

I klassiska system, myntet riktar vandraren i rymden:höger eller vänster. I kvantsystem, ett mynt är oändligt mycket mindre tillförlitligt, eftersom rollatorn fungerar både som en partikel som står i ett utrymme och som en våg utsträckt i alla möjligheter över tiden.

"Vi introducerade det tidsberoende myntet av vilket sannolikheten att landa på huvuden eller svansarna varierar temporärt för att avslöja myntets funktion, sa Katayama.

Detta tidsberoende mynt kan ändra rollatorns position, forskarna fann, men rollatorns vågkaraktär döljde hur mycket fysiskt utrymme myntet kontrollerade.

"Vi lyckades klargöra ekvivalensen av två helt olika begrepp - ekvivalensen av förändringshastigheten i myntsannolikhet och vågens hastighet - för första gången, "Sa Katayama." Denna avtäckta mekanism gör att vi kan kontrollera kvantgången på begäran genom att manipulera myntet med att bevara den slumpmässiga processen, tillhandahålla grundläggande element i innovativ teknik för kvantinformationsbehandling, såsom kvantberäkning. "

Forskarna fastställde att hur snabbt myntet slogs direkt påverkade hur snabbt vågen rörde sig, vilket resulterar i viss kontroll över rullatorns rörelse.

"Gångmekanismen gör det möjligt för oss att skräddarsy kvantvandringar som vi önskar genom att manipulera myntväxlingshastigheten, " sa Katayama. "Dessutom, vi har funnit att kvantvandringen med den önskade banan kan realiseras på begäran genom att designa myntet. Våra resultat öppnar vägen mot kontroll av kvantvandringar."