Квантовые случайные блуждания победили классические

Схематическое изображение случайных блужданий. Справа - классический, слева - квантовый варианты. Цифры слева отмечают количество шагов. Иллюстрация авторов исследования

Физики установили, что квантовые случайные блуждания позволяют частице уйти гораздо "дальше" за то же время, чем классические случайные блуждания. Статья исследователей с подробным изложением результатов появилась в журнале Science, а ее краткое изложение приводит ScienceNOW.

Классические случайные блуждания с дискретным временем - математический аппарат, который позволяет описывать различные процессы от диффузии газов до стоимости ценных бумаг на бирже. В самой простой формулировке задача выглядит следующим образом: предположим, что на прямой имеется частица, способная в каждый момент времени перемещаться на фиксированное расстояние вправо или влево. Направление определяется случайно с вероятностью 0.5. На первый взгляд кажется, что частица должна колебаться вокруг начала координат, однако, оказывается, что через N шагов она в среднем удаляется от начала отсчета на расстояние N0.5.

В рамках исследования ученых интересовал квантовый аналог данной задачи. Для этого они поместили атом цезия внутрь двух лазерных лучей, "смотрящих" навстречу друг другу. Сначала исследователи переводили спин атома в некоторую суперпозицию двух состояний, обозначаемых обычно "вверх" и "вниз". Затем ученые меняли поляризацию лучей так, что атом со спином "вверх" должен был "прыгнуть" на единицу вправо, а атом со спином "вниз" - на единицу влево.

Эта операция проделывалась несколько раз. Так как спин был в суперпозиции двух состояний, то с точки зрения квантовой механики местоположение атома описывалось дискретной волновой функцией: то есть атом цезия находился с определенной вероятностью в нескольких точках прямой. За N шагов атом мог "упрыгать" вправо или влево на N, то есть с некоторыми вероятностями (может и нулевыми) находился в 2N - 1 точках прямой. Чтобы подсчитать приближенное значение вероятности обнаружения атома в каждой из этих точек, исследователи проделывали данный опыт большое количество раз. Анализ полученного распределения вероятностей позволил установить, что в среднем за N шагов, квантовая частица удаляется от начала координат на расстояние, пропорциональное количеству шагов, то есть закон принципиально отличается от классического.

Сами исследователи отмечают, что помимо теоретического интереса их открытие может иметь и практическое значение. В частности, речь идет о том, что некоторое количество подобных частиц может быть использовано при создании квантовых компьютеров. Как именно предполагается их использовать, исследователи не уточняют.

Совсем недавно физикам удалось создать первый твердотельный квантовый процессор, оперирующий двумя кубитами. В отличие от предыдущих конструкций, которые представляли собой, например, ионы в магнитных ловушках, данный процессор напоминает обычные современные микрочипы. Исследователи использовали данное устройство, чтобы решить несколько теоретических задач. Например, они смогли реализовать алгоритмы Гровера и Дойче-Джозе.

Обсудить
Наука и техника00:0317 сентября
Перед парадом вермахта и Красной армии в Бресте

«Появилась бы "бандеровская Украина" под контролем Германии»

Зачем Сталин подружился с Гитлером и устроил парад Красной армии с вермахтом
01:48Сегодня
Наука и техника00:0013 сентября

Минус почка

Apple показала новые iPhone и фекальные эмодзи
Пирамида изгоев
Кому выгодна смерть биткоина
День пенсионного единства
ПФР поднимает уровень знаний о пенсионной системе по всей России
Китай убивает биткоин
Криптовалюта обвалилась и рискует схлопнуться
Жить будем
Россияне обнищают, зато не умрут с голода
Mazda CX-5 и Renault Koleos против VW Tiguan и Skoda Kodiaq
Четыре новых кроссовера. Один тест-драйв. Ну, вы поняли
Тест-драйв самого мощного Kia Soul
Длительный тест 204-сильного кроссовера: итоги и сравнение с обычной версией
8 фактов про новый LC Prado
Все, что нужно знать о посвежевшем внедорожнике Toyota прямой сейчас
10 величайших автомобилей Германии
Немецкие автомобили, творившие автомобильную историю