Anunțul inportant în lumea cercetarii de laborator: teleportarea poate deveni realitate

Postat la: 29.10.2023 | Scris de: ZIUA NEWS

Teleportarea devine o posibilitate tot mai reală: Cercetătorii de la Google Quantum AI și de la Universitatea Stanford au realizat un avans semnificativ în înțelegerea mecanicii cuantice.

Au identificat o "tranziție de fază indusă de măsurători" într-un sistem cuantic cu 70 de qubiți, marcând un pas important în cunoașterea interacțiunii dintre măsurători, interacțiuni și entanglement în lumea cuantică. Acest studiu a dezvăluit, de asemenea, o formă unică de teleportare cuantică, deschizând perspective pentru viitoare avanse în domeniul informaticii cuantice.

Teleportarea, aşa cum am văzut-o în celebrul serial Star Trek, ar putea să devină realitate. Cu ajutorul fizicii cuantice, corpul uman ar putea fi dezintegrat la nivel de atomi şi recompus în forma iniţială, după transferul acestora dintr-o locaţie în alta.

S-au făcut deja experimente ştiinţifice care au demonstrat că există posibilitatea transferului de informaţie, însă fără să se experimenteze pe oameni, asta pentru că, dincolo de structura celulară, există conştiinţa şi memoria, două stări pe care lumea ştiinţifică nu a reuşit încă să le standardizeze.

Într-un studiu publicat recent în revista Nature, cercetătorii de la Google Quantum AI și de la Universitatea Stanford au observat trecerea dintre aceste două regimuri - cunoscută sub numele de „tranziție de fază indusă de măsurători" - într-un sistem de până la 70 de qubiți, scrie gadgetreport.ro.

Acesta este de departe cel mai mare sistem în care au fost explorate efectele induse de măsurători.

Cercetătorii au observat, de asemenea, semnături ale unei forme noi de „teleportare cuantică" - în care o stare cuantică necunoscută este transferată de la un set de qubiți la altul - care apare ca urmare a acestor măsurători. Aceste studii ar putea contribui la inspirarea unor noi tehnici utile pentru calculul cuantic.

Se poate vizualiza încurcătura dintr-un sistem de qubiți ca pe o rețea complexă de conexiuni. Atunci când măsurăm un sistem încurcat, impactul pe care îl are asupra rețelei depinde de puterea măsurătorii. Aceasta ar putea distruge complet rețeaua sau ar putea tăia și tăia anumite fire ale rețelei, lăsându-le însă pe altele intacte.

Observarea efectivă a acestei rețele de încurcătură în cadrul unui experiment este o provocare notorie. Rețeaua în sine este invizibilă, astfel încât cercetătorii pot doar să deducă existența ei prin observarea corelațiilor statistice între rezultatele măsurătorilor qubiților.

Sunt necesare foarte multe rulări ale aceluiași experiment pentru a deduce modelul rețelei. Aceasta și alte provocări au afectat experimentele anterioare și au limitat studiul tranzițiilor de fază induse de măsurători la sisteme de dimensiuni foarte mici.

Pentru a aborda aceste provocări, cercetătorii au folosit câteva trucuri experimentale. În primul rând, au rearanjat ordinea operațiunilor astfel încât toate măsurătorile să poată fi efectuate la sfârșitul experimentului, în loc să fie intercalate pe parcursul acestuia, reducând astfel complexitatea experimentului. În al doilea rând, au dezvoltat o nouă modalitate de a măsura anumite caracteristici ale rețelei cu un singur qubit „sondă".

În acest fel, ei au putut afla mai multe despre rețeaua de încurcătură din mai puține încercări ale experimentului decât fusese necesar anterior. În cele din urmă, sonda, la fel ca toți qubiții, era sensibilă la zgomotul nedorit din mediul înconjurător.

În mod normal, acest lucru este considerat un lucru rău, deoarece zgomotul poate perturba calculele cuantice, însă cercetătorii au transformat acest defect într-o caracteristică, observând că sensibilitatea sondei la zgomot depinde de natura rețelei de încurcături din jurul ei. Prin urmare, ei ar putea folosi sensibilitatea sondei la zgomot pentru a deduce încurcătura întregului sistem.

Echipa a analizat mai întâi această diferență de sensibilitate la zgomot în cele două regimuri de încurcătură și a constatat comportamente net diferite. Atunci când măsurătorile au dominat asupra interacțiunilor (faza de „dezmembrare"), firele pânzei au rămas relativ scurte.

Qubitul sondă era sensibil doar la zgomotul celor mai apropiați qubiți ai săi. În schimb, atunci când măsurătorile au fost mai slabe și încurcătura a fost mai răspândită (faza de „încurcare"), sonda a fost sensibilă la zgomotul din întregul sistem. Trecerea dintre aceste două comportamente puternic contrastante este o semnătură a tranziției de fază induse de măsurători, care este căutată.

Echipa a demonstrat, de asemenea, o formă nouă de teleportare cuantică care a apărut în mod natural în urma măsurătorilor: prin măsurarea tuturor qubiților îndepărtați, cu excepția a doi, într-o stare de entanglement slab încurcat, a fost generat un entanglement mai puternic între cei doi qubiți îndepărtați. Capacitatea de a genera entanglement indus de măsurători pe distanțe mari permite teleportarea observată în cadrul experimentului.

Stabilitatea încurcăturii față de măsurători în faza de încurcare ar putea inspira noi scheme pentru a face calculul cuantic mai robust la zgomot. Rolul pe care îl joacă măsurătorile în generarea de noi faze și fenomene fizice este, de asemenea, de interes fundamental pentru fizicieni.

„Încorporarea măsurătorilor în dinamică introduce un teren de joacă complet nou pentru fizica cu multe corpuri, unde ar putea fi descoperite multe tipuri noi și fascinante de faze de non-echilibru. În această lucrare explorăm câteva dintre aceste fenomene surprinzătoare și contraintuitive induse de măsurători, dar există mult mai multă bogăție care urmează să fie descoperită în viitor.", a declarat Vedika Khemani, profesor la Stanford și coautor al studiului.