Физики моделируют квантовую динамику на пчелах

Прочитано: 83 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


На первый взгляд может показаться, что система, состоящая из 51 иона, легко управляема. Но даже если эти заряженные атомы меняются только между двумя состояниями, в результате получается более двух квадриллионов (10 15 ) различных порядков, которые может принять система.

Поведение такой системы почти невозможно рассчитать с помощью обычных компьютеров, тем более что возбуждение, введенное в систему, может распространяться хаотично. Возбуждение следует статистической закономерности, называемой полетом Леви.

Характерной чертой таких движений является то, что помимо ожидаемых меньших прыжков имеют место и значительно большие прыжки. Это явление также можно наблюдать в полетах пчел и в необычных бурных движениях на фондовом рынке.

Моделирование квантовой динамики: традиционно сложная задача

В то время как моделирование динамики сложной квантовой системы является очень сложной задачей даже для традиционных суперкомпьютеров, задача для квантовых симуляторов является детской игрой. Но как можно проверить результаты квантового симулятора, не имея возможности выполнять те же вычисления, что и он?


Наблюдение за квантовыми системами показало, что можно представить, по крайней мере, долгосрочное поведение таких систем с помощью уравнений, подобных тем, которые братья Бернулли разработали в 18 веке для описания поведения жидкостей.

Чтобы проверить эту гипотезу, авторы исследования, опубликованного в журнале Science , использовали квантовую систему, которая имитирует динамику квантовых магнитов. Они смогли использовать его, чтобы доказать, что после начальной фазы, в которой преобладают квантово-механические эффекты, система действительно может быть описана уравнениями типа, известного из гидродинамики.

Кроме того, они показали, что та же статистика полета Леви, которая описывает стратегии поиска, используемые пчелами, также применима к гидродинамическим процессам в квантовых системах.

Захваченные ионы как платформа для управляемого квантового моделирования

Квантовый симулятор был создан в Институте квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук в кампусе Инсбрукского университета. «Наша система эффективно имитирует квантовый магнит, представляя северный и южный полюса молекулярного магнита с использованием двух энергетических уровней ионов», — говорит ученый IQOQI из Инсбрука Манодж Джоши.

«Нашим самым большим техническим достижением стало то, что нам удалось индивидуально воздействовать на каждый из 51 иона», — отмечает Манодж Джоши. «В результате мы смогли исследовать динамику любого желаемого количества начальных состояний, что было необходимо для того, чтобы проиллюстрировать возникновение гидродинамики».

«Хотя количество кубитов и стабильность квантовых состояний в настоящее время очень ограничены, есть вопросы, для решения которых мы уже сегодня можем использовать огромную вычислительную мощность квантовых симуляторов», — говорит Майкл Кнап, профессор коллективной квантовой динамики Технического университета. Мюнхена.

«В ближайшем будущем квантовые симуляторы и квантовые компьютеры станут идеальной платформой для исследования динамики сложных квантовых систем», — объясняет Майкл Кнап. «Теперь мы знаем, что через определенный момент времени эти системы следуют законам классической гидродинамики . Любые сильные отклонения от них являются признаком того, что симулятор работает неправильно».

Физики моделируют квантовую динамику на пчелах



Новости партнеров