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 техника00:0117 ноября

Пробила дно

Планета-пришелец расколола Землю и сдвинула континенты
Наука и техника00:0115 ноября
Голодающие дети в Бузулуке (Самарская губерния), 1921-1922 гг.

«Обезумевшие родители отбирали еду у детей»

Советская власть бросила миллионы умирать от голода, но их спасли американцы
Моя семья
Легендарный маньяк и его культ кровавых убийц держали в страхе всю Америку
Чарльз МэнсонКонец маньяка: Чарльз Мэнсон умер в тюрьме
Легендарный убийца не дождался великой межрасовой войны
Порошок, приходи
Жадные мексиканцы потеряли доход от марихуаны и завалили Америку героином
Кровавая ривьера
Франция отстреливает врагов по всему миру, пока никто не видит
«Девочку из России тут никто не ждет»
История сибирячки, перебравшейся в Нидерланды
Во всем виноват буй
Она мечтала о круизе с секс-рабынями, но потерялась в море с боевой подругой
«Не надо меня спасать»
Звездный путешественник нашел тайное племя головорезов, ввязался в войну и выжил
Эмилио Эстевес в роли Билли КидаМалыш на миллион
Легендарный головорез Дикого Запада передал привет из прошлого
Самые большие шины в мире
Огромные покрышки, которые подойдут даже машине Годзиллы
5 причин, почему мы ненавидим кроссоверы
Объясняем в картинках, почему самые популярные машины в мире никуда не годятся
Audi Q5 против SQ5
Пять причин купить Audi SQ5 вместо обычной Q5 (и одна против)
Кто делает самые эпатажные британские машины
«Рэйнджи», «Астоны» и «Роллс-Ройсы»: лучшие творения ателье Kahn Design
Ловушка для планктона
Тест: Какой офис идеально вам подходит
«Моя бывшая живет на помойке»
Москвич сделал из жены бомжа, и ему не стыдно
Белый друг
Самые необычные туалеты мира
Это Англия, детка!
Идеальный дом можно выиграть за две тысячи рублей
Берите две
Пять стран, где ипотеку дают под смешной процент