Cercetătorii de la Google Quantum AI și Universitatea Stanford realizează progrese semnificative în înțelegerea mecanicii cuantice. Aceștia au identificat o „tranziție de fază indusă de măsurători” într-un sistem cuantic de 70 de qubiți, marcând un pas esențial în înțelegerea 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, așa cum a fost prezentată în celebrul serial Star Trek, devine tot mai reală. Prin intermediul fizicii cuantice, corpul uman ar putea fi dezintegrat la nivelul atomilor și recompus în forma sa inițială după transferul acestora de la o locație la alta.
Deja au fost efectuate experimente științifice care au demonstrat posibilitatea transferului de informație, cu mențiunea că experimentele pe oameni nu au fost încă realizate. Acest lucru se datorează faptului că, dincolo de structura celulară, există conștiința și memoria, două aspecte pe care comunitatea științifică nu le-a standardizat încă.
Cercetare revoluționară privind fazele cuantice Un studiu recent publicat în revista Nature arată că cercetătorii de la Google Quantum AI și de la Universitatea Stanford au observat tranziția dintre două regimuri într-un sistem cu până la 70 de qubiți, cunoscută sub numele de „tranziție de fază indusă de măsurători.”
Acesta este cel mai mare sistem în care s-au investigat efectele induse de măsurători.
De asemenea, cercetătorii au identificat semne ale unei forme noi de „teleportare cuantică,” în care o stare cuantică necunoscută este transferată de la un set de qubiți la altul, ca urmare a măsurătorilor. Aceste descoperiri pot deschide calea pentru noi tehnici utile în calculul cuantic.
O rețea complexă de conexiuni Putem privi încurcătura dintr-un sistem de qubiți ca pe o rețea complexă de conexiuni. Impactul asupra rețelei atunci când măsurăm sistemul depinde de intensitatea măsurătorii. Aceasta poate duce la distrugerea rețelei sau tăierea unor conexiuni, lăsând altele intacte.
Observarea acestei rețele de încurcătură în cadrul unui experiment este o provocare notorie. Rețeaua în sine este invizibilă, iar cercetătorii pot deduce existența ei doar prin observarea corelațiilor statistice dintre rezultatele măsurătorilor qubiților.
Sunt necesare numeroase rulări ale aceluiași experiment pentru a deduce modelul rețelei. Acest aspect și alte provocări au limitat studiul tranzițiilor de fază induse de măsurători la sisteme de dimensiuni foarte mici.
Abordarea provocărilor experimentale Pentru a rezolva aceste provocări, cercetătorii au folosit mai multe strategii experimentale. În primul rând, au reorganizat operațiunile astfel încât măsurările să fie efectuate la sfârșitul experimentului, reducând complexitatea acestuia. În al doilea rând, au dezvoltat o nouă metodă de măsurare a unor caracteristici ale rețelei cu un singur qubit „sondă.”
Această abordare a permis obținerea mai multor informații despre rețeaua de încurcătură cu mai puține încercări ale experimentului. În cele din urmă, sonda, la fel ca toți qubiții, a fost sensibilă la zgomotul ambiental.
De obicei, acest lucru este privit ca un dezavantaj, deoarece zgomotul poate perturba calculele cuantice, dar cercetătorii au folosit acest aspect în avantajul lor, observând că sensibilitatea sondei la zgomot depinde de natura rețelei de încurcături din jurul acesteia. Astfel, sensibilitatea sondei la zgomot a fost utilizată pentru a deduce încurcătura întregului sistem.
Observații și implicații cheie Echipa a analizat mai întâi diferența de sensibilitate la zgomot în cele două regimuri de încurcătură și a observat comportamente distincte. Atunci când măsurările dominau interacțiunile (faza de „dezmembrare”), conexiunile rețelei erau relativ scurte.
Qubitul sondă era sensibil doar la zgomotul generat de qubiții săi apropiați. În schimb, atunci când măsurările erau mai slabe și încurcătura era mai extinsă (faza de „încurcare”), sonda devenea sensibilă la zgomotul din întreg sistemul. Tranziția dintre aceste comportamente contrastante este o semnătură a tranziției de fază induse de măsurători, care este în cercetare.
De asemenea, echipa a demonstrat o formă nouă de teleportare cuantică care a apărut în urma măsurătorilor: prin măsurarea tuturor qubiților, cu excepția a doi, într-o stare de entanglement slab încurcată, s-a generat un entanglement mai puternic între cei doi qubiți rămași. Această capacitate de a genera entanglement prin măsurători pe distanțe mari permite fenomenul de teleportare observat în experiment.
Stabilitatea încurcăturii față de măsurători în faza de „încurcare” poate inspira noi metode pentru a face calculul cuantic mai robust la zgomot. Rolul măsurătorilor în generarea de noi faze și fenomene fizice este, de asemenea, de interes fundamental pentru fizicieni.
Cercetătorii afirmă că „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.” Aceste rezultate deschid noi perspective în cercetarea fizicii cuantice și informaticii cuantice.
