Káosz a kvantumvilágban – hogyan keveredik az információ?
Lényeges szempont, hogy a kvantumvilágban az információ éppoly kiszámíthatatlanul keveredhet, mint ahogy egy kiáltás elmosódik a távolban, vagy ahogy a híres brazil pillangócsapás tornádót idéz elő Texasban. Bár jól hangzik, eddig csak elméletben, illetve viszonylag egyszerű rendszereken volt kísérleti bizonyíték a kvantuminformáció valódi „összezavarodására”.
A Google kutatói most először olyan mérést végeztek, amelyet egyetlen hagyományos szuperszámítógép is csak évek alatt tudna lemásolni, miközben a Willow chip ezt mindössze két óra alatt megoldotta. Ez alapján reálisnak tűnik, hogy a kvantumtechnológiák ismét egy mérhető előny küszöbén állnak.
Kvantum visszhang: az információ hullámzó visszhangja
A kutatók az úgynevezett kvantum visszhang (Quantum Echoes) protokollt alkalmazták. Ennek lényege, hogy a kvantuminformációt többszörösen összekeverik, majd egy apró változtatást vezetnek be, és az egész folyamatot visszafelé hajtják végre, vagyis „kiszabadítják” az információt. Ez olyan, mintha egy Rubik-kockát megkevernél, adnál hozzá egy plusz csavarást, majd minden lépést visszaforgatnál, hogy csak a plusz csavarás hatása maradjon meg. Lényeges, hogy ez a bonyolult eljárás messze meghaladja a mai klasszikus algoritmusok képességeit.
A kvantumelőny küszöbén
Bár az elmélet lenyűgöző, több kvantumfizikus is hangsúlyozza, hogy az utóbbi években többször kiderült: amit kvantumelőnynek tartottunk, arról később bebizonyosodott, hogy egy gyorsabb klasszikus algoritmus is képes rá. Ennek ellenére most a szakmai bírálók is elismerték, hogy a Google Willow eredményei valóban kiemelkedőek, a mérések nehézségi szintje messze felülmúl mindent, amit eddig láttunk.
A Willow chip kétszer annyi qubittel és kétszeres pontossággal dolgozik, mint elődje, a Sycamore. Így a kutatók egy duplázott kvantum visszhang protokollt is kipróbáltak (scramble-butterfly-unscramble kétszer egymás után), ami szinte lehetetlenné tette a klasszikus szimulációt: egy szuperszámítógépnek ehhez legalább három évre lenne szüksége.
Kémia és fekete lyukak: új lehetőségek nyílnak
A legerősebb alkalmazási terület jelenleg a molekuláris szimuláció. A Google kutatói elsőként becsülték meg a kvantum visszhang segítségével két hidrogénatom távolságát egy szerves molekulán belül – noha az eljárás egyelőre lassabb, mint a klasszikus módszerek, az eredmény egyezett a laboratóriumi tapasztalatokkal.
Ez alapján kijelenthetjük, hogy nemcsak a molekulák viselkedésének pontos leírására, hanem akár a fekete lyukak információs paradoxonjának vizsgálatára is lehetőség nyílik: egyes fizikusok szerint a kvantuminformáció „összezavarodása” a fekete lyukak titkainak kulcsa lehet.
Mi következik ebből?
Lényeges, hogy a kvantumkaotikus állapotok pontos mérése most már megvalósult, és ezzel a Google Willow chipje nemcsak tudományos mérföldkövet ért el, hanem egy új korszak kapuját is megnyitotta. Bár a klasszikus algoritmusok tovább fejlődnek, most úgy tűnik, a kvantumlépés legalább három évnyi előnyt szerzett. A fekete lyukaktól a gyógyszertervezésig izgalmas idők következnek.
