Ett team av unga forskare från Institute of Natural Sciences and Mathematics vid South Ural State University, under ledning av fysiker och matematiker professor Sergej Podoshvedov, har föreslagit en algoritmisk generator för det icke -klassiska ljuset som representerar ett "Schrödingers katttillstånd" med en mycket stor amplitud. Denna algoritm spelar en viktig roll vid kvantkoppling och kvantberäkningar i det optiska fältet med användning av laserkällor. Resultaten av detta arbete har publicerats i Vetenskapliga rapporter .

Är katten död eller vid liv?

Forskarna har aktivt studerat olika områden inom kvantmekanik. En av dessa inkluderade tanken på att generera icke -klassiska ljustillstånd. Forskarna har övervägt vilka förutsättningar som måste skapas för att arbeta med kvantinformationsöverföring och bestämt möjligheten att skapa sådana förhållanden i verkligheten. Denna uppgift är av intresse både ur den grundläggande synvinkeln (dvs. om det alls är möjligt), och från den tillämpade, eftersom ljussignaler kan överföra kvantinformation med hjälp av intrasslade partiklar. SUSU -forskarna har föreslagit en algoritm för att skapa ett ljusläge där fotoner befinner sig i ett Schrödingers kattläge.

År 1935, Österrikiska fysikern Erwin Schrödinger, en av de första utredarna av kvantmekanik, föreslog ett känt tankeexperiment som involverade en katt i en kammare. Dess liv beror på förfallet av en radioaktiv atom; om atomen förfaller, ett relä aktiverar och släpper ut en hammare som krossar en kolv med gift, och katten är förgiftad; om atomen inte förfaller, katten förblir vid liv. När kammaren öppnats, observatören kan bevittna endast ett av två tillstånd:Kärnan förfallit, och katten är död, eller kärnan förföll inte, och katten lever. Innan det händer, den hypotetiska katten är både död och levande.

Schrödingers illustration beskriver kvantfysikens huvudparadox:Partiklar, som elektroner, fotoner och till och med atomer, kan existera i två stater samtidigt. Skapandet av optiska element med användning av elementära partiklar för kvantdatorer är en lovande riktning. Mest troligt, dock, en kvantdator kommer att konstrueras baserat på flera fysiska system, inklusive användning av optiska qubits.

I kvantberäkningar, Schrödingers katttillstånd är ett speciellt intrasslat (kopplat) tillstånd av qubits, där de alla är i en lika överlagring av alla nollor och enor.

"Qubits kan påverkas av den omgivande miljön och, därför, kräver pålitliga datasystem. Allt detta ställer mycket höga krav på alla fysiska system baserade på qubits, liksom kvantportarna som omvandlar ingångstillstånden för qubits till utgångslägen. Olika fysiska system kan användas för olika kvantprotokoll. Särskilt, eftersom ljuset har maximal möjlig utbredningshastighet och svagt interagerar med den omgivande bullriga miljön, optiska system placeras vid sidan av atomsystem när man utvecklar möjliga konfigurationer av en kvantdator, "förklarar Dmitrii Kuts.

Superpositionstillståndet gör kvantdatorer otroligt kraftfulla. Men det komplicerar beräkningarna avsevärt. Qubits får inte bara behålla sitt tillstånd; de måste också interagera med varandra. Och situationen blir mer komplicerad när man överväger samspelet mellan dussintals eller hundratals qubits.

Nya steg för att nå målet

Forskarna tänker utföra experiment för att skapa en bestämd källa till intrasslat ljus oberoende av de ursprungliga förhållandena. On-demand-skapande av en förviklingskälla är ett avgörande element för praktisk implementering av alla kvantprotokoll, inklusive skapandet av en kvantdator. Löftet om kvantberäkning är att effektivt implementera svårhanterliga algoritmer för att utföra sådana funktioner som att snabbt välja rätt lösning bland miljontals alternativ, eller söker efter osorterad data, som inte kan utföras effektivt av datorer som arbetar med klassiska lagar. Men för att förverkliga en fungerande kvantdator, en mångsidig uppsättning bestämda operationer med en stor uppsättning qubits måste utföras effektivt. Mångfalden av de möjliga tillstånden för en qubit ökar avsevärt dess kapacitet, och därför, en dators potentiella beräkningskraft.

"I regel, forskares ledningsexperiment kan implementera endast ett mycket begränsat antal användbara tillstånd i praktiken. En on-demand-implementering av ett önskat kvanttillstånd är nyckeln till driften av kvanttillstånd och ett stort antal olika kvantprotokoll. I huvudsak, en kvantdator är i sig en generator för det erforderliga utmatningsläget, den information från vilken extraheras med hjälp av mätning. Detsamma kan också sägas om, till exempel, ett protokoll för kvantteleportering av ett okänt tillstånd, eller, låt oss säga, av ett kvantinternet. Alla framsteg, vare sig det är en ny mekanism eller en ny algoritm inom kvantteknik, för mänskligheten närmare att förverkliga en effektiv kvantdator och göra ett försök att kika bortom den fysiska världens gränser, säger Sergei Podoshvedov.

Även om flera metoder för optiska kvantdatorer har föreslagits, ingen är helt tillfredsställande; befintliga förslag är ganska komplicerade eller begränsade i tillämpning. Till exempel, implementeringen av en enkel logisk operation skulle kräva ett oacceptabelt stort antal ytterligare operationer. Så effektivt använder de optiska resurserna, interaktionsmekanismer och lämpliga tillstånd är fortfarande en öppen fråga. Kvantteknik av stater är fortfarande ett olöst problem med kvantbehandling av information.

Schrödingers kattstat kan tillåta forskare att minska förluster under kvantbehandling av information, och kan skapas i alla miljöer med stora amplituder. Ändå, ett antal problem uppstår när man arbetar med dem. Till exempel, dessa tillstånd måste vara stabila, och kvantoperationer måste utföras mycket snabbt. Forskare runt om i världen arbetar med att lösa dessa uppgifter.