Квантовий комп’ютер навчився розуміти сам себе

Дослідники з Університету Тохоку та Школи Святого Павла розробили революційний квантовий алгоритм, що дозволяє виявляти та зберігати квантову заплутаність, наближаючи нас до ери надійніших та потужніших квантових технологій.

Це інноваційне дослідження, опубліковане в Physical Review Letters 4 березня 2025 року, пропонує новий метод роботи з квантовою заплутаністю. Запропонований алгоритм відкриває шлях до більш ефективних квантових обчислень. Дослідники назвали свою розробку “варіаційним свідком заплутаності” (VEW), що оптимізує процес виявлення квантової заплутаності.

Квантова заплутаність, яку Альберт Ейнштейн колись описав як “моторошну дію на відстані”, є фундаментальним явищем квантової механіки. Це стан, коли квантові частинки залишаються пов’язаними незалежно від відстані між ними. Даний феномен лежить в основі потенційної переваги квантових комп’ютерів над класичними.

Ле Бін Хо, доцент Прикордонного науково-дослідного інституту міждисциплінарних наук, пояснює значення розробки. “Квантові комп’ютери побудовані на заплутаності, і тепер вони самі можуть бути використані для вивчення і розуміння заплутаності”, – зазначає науковець, провідний автор дослідження.

Подвійна проблема виявлення та збереження

Традиційні методи виявлення квантової заплутаності мають суттєві обмеження. Вони часто не здатні ідентифікувати всі заплутані стани. Більше того, процес вимірювання може зруйнувати саму заплутаність, яку намагаються виявити.

Ле Бін Хо підкреслює цю проблему: “У багатьох випадках традиційні методи виявлення, що спираються на локальні вимірювання, можуть фактично зруйнувати квантову заплутаність”. Це створює парадоксальну ситуацію, коли спроба вивчити феномен призводить до його знищення.

Запропонований метод VEW вирішує обидві проблеми. Він підвищує точність виявлення заплутаних станів, краще розрізняючи відокремлювані та заплутані стани. Водночас, алгоритм використовує нелокальну систему вимірювань, яка не руйнує квантову хвильову функцію під час оцінювання.

Візуалізація схеми варіаційного свідка заплутаності (VEW). Зліва: Багато квантових станів чекають на оцінку. Кожен стан аналізується по черзі за допомогою методу VEW. Праворуч: На основі результатів вони класифікуються або в підпростір заплутаних станів (червоний еліпс), або в підпростір відокремлюваних станів (синій еліпс).  ©Le Bin Ho et al.

Перспективи для квантових технологій

Збереження квантової заплутаності має вирішальне значення для майбутнього квантових технологій. “Наш метод забезпечує надійний спосіб виявлення і захисту заплутаності, що має важливе значення для таких додатків, як квантові обчислення, зв’язок і криптографія”, – пояснює Ле Бін Хо.

Особливістю запропонованого методу є його унікальність. Хоча адаптивні методи виявлення заплутаності на основі машинного навчання стають все популярнішими, VEW є першим квантовим алгоритмом, який одночасно виявляє і зберігає заплутаність. Це суттєва перевага для розвитку стабільних квантових обчислювальних систем.

Дослідницька команда не зупиняється на досягнутому. Вони планують продовжувати вдосконалення алгоритму, щоб підвищити його ефективність і точність. Ці зусилля спрямовані на подальший розвиток надійних квантових технологій.

Пропонований підхід відкриває нові можливості для квантових обчислень, квантового зв’язку та квантової криптографії. Здатність розпізнавати та зберігати квантову заплутаність може стати ключовим фактором для подолання сучасних обмежень квантових технологій та їх широкого практичного застосування.