Фізики навчилися управляти квантовими флуктуаціями в вакуумі

Вчені використовували лазер для управління «квантовою випадковістю». Дослідження опубліковано в журналі Science.

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту продемонстрували можливість контролювати квантові флуктуації в оптичних системах. Технологія стане в нагоді для розвитку імовірнісних обчислень і виявлення слабких полів.

На макрорівні вакуум є місце, позбавлене матерії. Але в квантовій фізиці навіть в цій порожнечі існують крихітні коливання енергії — флуктуації, пов’язані з випадковими виникненням і знищенням віртуальних частинок. Цей ефект вже використовується для генерації випадкових чисел.

Фізики використовували крихітні лазерні впливи для управління оптичним параметричним генератором — системою, яка генерує випадкові числа на основі квантових флуктуацій. Дослідження показало, що за допомогою крихітних впливів можна контролювати вихідні значення генератора. В результаті експерименту дослідники створили перший в історії керований фотонний імовірнісний біт (p-біт).

У звичайних або класичних комп’ютерах кожна задача є детермінованою, тобто виконується поетапно, і результат кожен раз залишається одним і тим же. Цей підхід має обмеження — він ускладнює моделювання складних фізичних систем, в яких виявляються квантові ефекти (випадковість і невизначеність).

Альтернативна концепція, імовірнісні обчислення, заснована на статистичному виведенню, стохастичних процесах і імовірнісних моделях для моделювання та вивчення явищ, пов’язаних з випадковістю, і сценаріїв, де існує кілька рішень, а вивчення різних можливостей може привести до кращих результатів.

Для практичної реалізації імовірнісних обчислень потрібно контролювати розподіл ймовірностей, пов’язаних з квантовими флуктуаціями. Саме таку можливість продемонстрували фізики у своєму дослідженні.