Kvantna Prednost: Stvarna Moć Umjetne Inteligencije

U najnovijem izdanju časopisa Nature, Xiao Mi i Kostyantyn Kechedzhi, istraživači iz Google Quantum AI, predstavljaju novi kvantni računarski zadatak koji mjeri Out-of-Time-Order Correlators (OTOCs). Ovaj rad pokazuje verifikovanu kvantnu prednost i otvara put ka rješavanju stvarnih svjetskih problema, poput učenja Hamiltonijanova u Nuclear Magnetic Resonance (NMR).

Kvantna Prednost i Njene Primjene

Što je Kvantna Prednost?

Kvantna prednost odnosi se na situacije u kojima kvantni računari mogu riješiti probleme koji su klasičnim računalima neizvodljivi. Ovo je posebno važno u kontekstu složenih i nepridržljivih sistema, kao što su kvantni sistemi koji pokazuju kaotična ponašanja.

Primjene Kvantne Prednosti

Kvantna prednost ima širok spektar primjena, uključujući:

– Simulacija kvantnih sistema: Kvantni računari mogu simulirati kvantne sisteme na način koji je klasičnim računalima nemoguć.
– Optimizacija: Kvantni algoritmi mogu pronaći optimalna rješenja za složene probleme optimizacije.
– Kriptoanaliza: Kvantni računari mogu razbiti klasične kriptografske metode, što ima veliku važnost za budućnost sigurnosti podataka.

Out-of-Time-Order Correlators (OTOCs)

Što su OTOCs?

Out-of-Time-Order Correlators (OTOCs) su nova porodica kvantnih mjernih veličina koje opisuju kako se kvantna dinamika pretvara u kaos. Ovi korelatori su verifikovani računarski rezultati koji ostaju isti bez obzira na to koji kvantni računar se koristi.

Zašto su OTOCs Važni?

OTOCs nude direktan put ka rješavanju stvarnih svjetskih problema pomoću kvantnih računara, što je nemoguće na klasičnim računalima. Naš rad pokazuje da pokretanje algoritma Quantum Echoes na kvantnom čipu Willow već je u regiji izvan klasičnog računanja za skup testnih kvantnih kola.

Kako Funkcioniraju OTOCs?

Proces Mjerenja OTOCs

OTOC predstavlja stanje jednog kvbita na kraju serije kvantnih operacija. U našim eksperimentima s algoritmom Quantum Echoes na čipu Willow, ukupno 103 kvbita su podvrgnuti “naprijed” (U) i “natrag” (U†) evolucijama u obliku nasumičnih kvantnih kola. Naprijedna evolucija sistema gdje svi kvbiti su nezavisni dovodi sistem u visoko kaotično stanje s kvantnim korelacijama preko svih kvbita. Perturbacija, jedna-kvbit operacija B, primjenjuje se na kvbit između dvije evolucije. Ovaj krug slijedi još jedan sondir, jedna-kvbit operacija M. Ponavljanje ovog procesa jednom ili dvaput dovodi do OTOC prvog ili drugog reda. U odsutnosti B, naprijedna i natrag evolucija vraća sistem u početno stanje, gdje su svi kvbiti nezavisni. Uključenje perturbacije B pokreće efekt leptira: nakon takve perturbirane naprijed i natrag evolucije, cijeli sistem završava u kaotičnom stanju s kvantnim korelacijama preko svih kvbita koje je vrlo različito od početnog stanja.

Kompleksna Kvantna Interferencija

Važan uvid koji smo dobili iz naših eksperimenata je da viši redovi OTOCs pokazuju složene kvantne interferencijske efekte analogne tradicionalnom interferometru. Ovo se zove mnogotjelna interferencija, što znači da kvantna stanja mnogih čestica interferiraju međusobno, slično kao valovi vode koji interferiraju, stvarajući složene ukupne efekte. Ovdje perturbacije, B i M, djeluju kao ne savršeni zrcala koja mijenjaju putove sistema. Viši redovi OTOCs postaju osjetljiviji na perturbaciju zbog povećanog broja “krugova” evolucija, gdje se putovi odbijaju od B i M. Kada se ispuni uvjet rezonancije, što odgovara evoluciji U† koja je točna inverzija U, interferencija je konstruktivna i pojačava podskup kvantnih korelacija iz ukupnog skupa onih prisutnih u kaotičnom stanju. To interferometrija otkriva kako evolucija U generira korelacije između dva kvbita na kojima su primijenjene operacije B i M. Može se koristiti kao osjetljivo oruđe za karakteriziranje evolucije U.

Zaključak

Kvantna prednost i OTOCs predstavljaju važan korak naprijed u svijetu umjetne inteligencije i kvantne tehnologije. Ovi napredci otvaraju mogućnosti za rješavanje složenih problema koji su do sada bili izvan dosega klasičnih računara. Budućnost kvantne tehnologije izgleda vrlo obećavajuće, s potencijalom za transformaciju mnogih industrija i polja.

Česta Pitanja

Što je OTOC i kako se mjeri?

Out-of-Time-Order Correlator (OTOC) je mjerna veličina koja opisuje kaotična ponašanja kvantnih sistema. Mjeri se primjenom serije kvantnih operacija na kvbitima, gdje se primjenjuje perturbacija i sondiranje da bi se dobili korelacije koje opisuju stanje sistema.

Zašto su OTOCs važni za kvantnu prednost?

OTOCs su važni jer su verifikovani računarski rezultati koji ostaju isti bez obzira na to koji kvantni računar se koristi. To ih čini korisnim za rješavanje stvarnih svjetskih problema koji su neizvodljivi na klasičnim računalima.

Koji problemi mogu biti riješeni pomoću OTOCs?

OTOCs mogu biti korisni za simulaciju kvantnih sistema, optimizaciju i kriptoanalizu. Oni također mogu pomoći u karakterizaciji kvantnih evolucija i otkrivanju novih kvantnih fenomena.

Koje su prednosti i nedostaci kvantne prednosti?

Prednosti kvantne prednosti uključuju mogućnost rješavanja složenih problema koji su neizvodljivi na klasičnim računalima. Nedostaci uključuju trenutnu složenost i visoku cijenu kvantnih računara, te ograničenu dostupnost i razumijevanje kvantnih algoritama.

Kada se očekuje da će kvantna prednost postati široko dostupna?

Predviđa se da će kvantna prednost postati široko dostupna u sljedećim desetljećima, s brzim napredcima u razvoju kvantnih čipova i algoritama. Do tada, očekuje se da će se kvantna tehnologija primijeniti u mnogim industrijaima, uključujući farmaciju, materijale i kriptografiju.