Van egy probléma, amit még a kvantumszámítógépek sem képesek megoldani

A kvantumszámítógépek alapvetően azért keltettek óriási várakozást, mert elméletben képesek pillanatok alatt megoldani olyan problémákat is, amelyek a hagyományos gépeknek évezredekig tartanának. Úgy tűnik azonban, akadnak olyan feladatok, amelyek túlmutatnak még a kvantumtechnológia jelenlegi lehetőségein is. Thomas Schuster és a California Institute of Technology kutatócsoportja egy ilyen problémára bukkant: a kvantumállapotok fázisainak felismerését még a legkorszerűbb kvantumszámítógépek sem képesek ésszerű időn belül elvégezni.

Kvantumfázisok és a felismerésük nehézsége

A hétköznapi világban egyszerű példákat látunk az anyag halmazállapotára, mint a jég vagy a víz. A kvantumvilágban azonban egészen új, bonyolult halmazállapotok (fázisok) is léteznek, például a topologikus rend vagy a szimmetriával védett topologikus fázis. Ezeket az állapotokat a kvantummechanika írja le, és a viselkedésük feltárása hagyományos módszerekkel szinte lehetetlen. A kutatók rámutattak, hogy ahogy nő az úgynevezett korrelációs tartomány – vagyis az a távolság, amelyen belül egy kvantumrendszer részei összefüggnek –, úgy válik egyre nehezebbé ezen halmazállapotok azonosítása. A számítási idő exponenciálisan nő a rendszer méretével; így vannak olyan kvantumfázisok, amelyeket gyakorlatilag lehetetlen megismerni bármilyen ma ismert kvantumgéppel.

Lehetetlen feladat a kvantumgépeknek?

Fontos megjegyezni, hogy a kutatók elméleti vizsgálatban tanulmányozták, képes-e egy kvantumszámítógép felismerni egy ismeretlen kvantumállapot fázisát. Kiderült, hogy a legtöbb kvantum- és klasszikus fázis, köztük a szimmetriasértő és a szimmetriával védett topologikus fázisok felismerése elképesztően nehéz. Vannak olyan állapotok, amelyek fázisát elvben pontosan meghatározhatnánk, de ezt semmilyen hatékony kvantumkísérlettel nem tudjuk felismerni.

Mi ebből a tanulság?

Mindez ellenére a tudósok nem adták fel: a következő lépés annak vizsgálata lehet, hogy vannak-e olyan fizikai tulajdonságok, amelyek mégis megkönnyítik a halmazállapot-felismerést a gyakorlatban. Elképzelhető, hogy bizonyos különleges esetekben gyorsabb megoldás is lehetséges, de a legrosszabb esetben a természet valóban elrejthet dolgokat előlünk.

Összefoglalásként megjegyezhető, hogy a kvantummechanika világa tele van olyan rejtélyekkel, amelyek még a legmodernebb MI számára is leküzdhetetlen akadályokat gördítenek – és lehetséges, hogy lesznek olyanok, amelyeket sosem sikerül teljesen megfejtenünk.

2025, adminboss, phys.org alapján