Квантовый компьютер может терять информацию

Квантовый компьютер может терять информацию

Ученые из австралийского центра квантовой динамики установили связь между вероятностью реализации квантового состояния и вероятностью потери одного бита информации в квантовом компьютере.

Квантовый компьютер — гипотетическое вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. Квантовым состоянием называется любое возможное состояние, в котором может находиться квантовая частица. Квантовая запутанность — это кванто-механическое явление, в котором квантовые состояния оказываются взаимозависимыми. Явление суперпозиции — это реализация взаимоисключающих квантовых состояний.

Вернер Гейзенберг в 1927 году сформулировал принцип неопределенности, согласно которому чем точнее измеряется одна характеристика частицы, тем менее точно можно измерить вторую. Рассмотрим переменный во времени сигнал, например звуковую волну. Бессмысленно говорить о частотном спектре сигнала в какой-либо момент времени. Для точного определения частоты необходимо наблюдать за сигналом в течение некоторого времени, таким образом теряя точность определения времени. Другими словами, звук не может одновременно иметь и точное значение времени его фиксации, как его имеет очень короткий импульс, и точного значения частоты, как это имеет место для непрерывного чистого тона. Временное положение и частота волны математически полностью аналогичны координате и квантово-механическому импульсу частицы.

Если следовать логике принципа неопределенности, невозможно определить в конкретный момент времени квантовое состояние второй квантовой частицы, определив квантовое состояние первой частицы. Так что, для того чтобы две квантовые частицы были запутанными, должно быть, в формулировке Эйнштейна, «жуткое дальнодействие», то есть измерение импульса одной частицы должно быть равносильно измерению импульса второй частицы. Опыты Фридмана-Клаузера и Аспэ свидетельствуют в пользу физической реальности «жуткого дальнодействия» и возникновения запутанных квантовых состояний, хотя, согласно принципу неопределенности, их не должно быть.

Наименьшим элементом для хранения информации в таком гипотетическом устройстве, как квантовый компьютер, является кубит. Кубит допускает два собственных квантовых состояния — A и B, а также и квантовое состояние, являющиеся суперпозицией состояний A и B.

Связана ли вероятность потери одного бита информации с вероятностью реализации определенного квантового состояния? Именно этому вопросу посвящена теоретическая статья ученых из австралийского центра квантовой динамики.

Авторы статьи используют формализм Джейнса. Суть его состоит в выполнении законов квантовой механики и термодинамики для квантового компьютера, так как при потере одного бита информации выделяется тепло. Тепло при работе квантового компьютера неизбежно будет выделяться, аналогично выделению тепла при включении освещения в помещении.

В статье делается вывод: при существовании двух (или нескольких) кубитов, находящихся в одинаковых квантовых состояниях (то есть характеризующихся одинаковыми наборами квантовых чисел), вероятность потери бита информации стремится к нулю. В противоположном случае происходит взаимодействие между разными квантовыми состояниями и потеря одного бита.

Статья вносит вклад в теорию квантовых компьютеров, появление которых будет означать значительное ускорение скорости вычислений.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Ранее российские ученые выяснили, что одна из формулировок второго закона термодинамики — закон неубывания энтропии в замкнутых системах — может нарушаться.

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>