Quando Mile Gu avvia il suo nuovo computer, può vedere il futuro. Almeno 16 possibili versioni di esso - tutte contemporaneamente.
Gu, assistente professore di fisica presso la Nanyang Technological University di Singapore, lavora nel calcolo quantistico. Questo ramo della scienza utilizza le strane leggi che regolano le particelle più piccole dell'universo per aiutare i computer a calcolare in modo più efficiente.
A differenza dei computer classici, che memorizzano le informazioni come bit (cifre binarie di 0 o 1), i computer quantistici codificano le informazioni in bit quantici o qubit. Queste particelle subatomiche, grazie alle strane leggi della meccanica quantistica, possono esistere in una sovrapposizione di due stati diversi contemporaneamente.
Proprio come l'ipotetico gatto di Schrödinger era contemporaneamente morto e vivo fino a quando qualcuno non apriva la scatola, un qubit in una sovrapposizione può essere uguale a 0 e 1 fino a quando non viene misurato. La memorizzazione di più risultati diversi in un singolo qubit potrebbe risparmiare una tonnellata di memoria rispetto ai computer tradizionali, soprattutto quando si tratta di fare previsioni complicate.
In uno studio pubblicato il 9 aprile sulla rivista Nature Communications, Gu e i suoi colleghi hanno dimostrato questa idea utilizzando un nuovo simulatore quantistico in grado di prevedere i risultati di 16 diversi futuri (l'equivalente, ad esempio, di lanciare una moneta quattro volte di seguito) in una sovrapposizione quantistica. Questi possibili futuri sono stati codificati in un singolo fotone (una particella quantistica di luce) che si muoveva simultaneamente su più percorsi mentre attraversava diversi sensori. Quindi, i ricercatori hanno fatto un ulteriore passo in avanti, sparando due fotoni fianco a fianco e monitorando come i potenziali futuri di ciascun fotone differivano in condizioni leggermente diverse.
"È un po 'come Doctor Strange nel film" Avengers: Infinity War "", ha detto Gu a Live Science. Prima di una battaglia climatica in quel film, il medico chiaroveggente non vede l'ora di vedere 14 milioni di futuri diversi, sperando di trovare quello in cui gli eroi sconfiggono il grande cattivo. "Fa un calcolo combinato di tutte queste possibilità per dire:" OK, se cambiassi la mia decisione in questo piccolo modo, quanto cambierà il futuro? " Questa è la direzione verso cui la nostra simulazione si sta muovendo in avanti. "
Lanciare una moneta quantistica
I ricercatori hanno testato il loro motore di previsione quantistica usando un modello classico chiamato moneta perturbata.
"Immagina che ci sia una scatola e al suo interno una singola moneta", ha detto Gu. "Ad ogni fase del processo, qualcuno scuote un po 'la scatola, quindi la moneta ha una piccola probabilità di lanciare."
A differenza del lancio di una moneta tradizionale, in cui il risultato ha sempre le stesse probabilità di essere testa o croce, il risultato di ogni lancio di moneta perturbato dipende dallo stato in cui si trovava la moneta durante il passaggio precedente. Se la moneta viene lanciata dalle teste alle code durante il terzo movimento della scatola, ad esempio, è probabile che il quarto movimento rimanga croce.
I ricercatori hanno eseguito due diverse versioni dell'esperimento con le monete, una in cui la scatola era leggermente più forte e un'altra con oscillazioni più deboli. In ogni esperimento, la scatola è stata agitata quattro volte, fornendo 16 possibili combinazioni di testa e croce. Dopo il quarto passo, il team ha codificato la sovrapposizione di tutti e 16 i risultati in un singolo fotone, mostrando contemporaneamente la probabilità di ogni possibile risultato in base alla forza con cui la scatola è stata agitata.
Infine, il team ha combinato le sovrapposizioni della moneta fortemente scossa e della moneta scossa debole per creare una mappa principale di possibili futuri.
"Questo ci ha mostrato quanto velocemente il futuro divergesse in base alla forza con cui ho stretto la scatola ad ogni passo", ha detto Gu.
In questo momento, i vincoli sulla potenza di calcolo significano che il simulatore del team può guardare solo 16 possibili futuri alla volta. Un giorno, tuttavia, quando i computer quantistici diventeranno più grandi, più potenti e più comuni, simulatori come questo potrebbero essere espansi per vedere infiniti infiniti futuri contemporaneamente, ha detto Gu. Questo potrebbe aiutare in cose come la previsione del tempo o fare investimenti più informati nel mercato azionario. Potrebbe anche aiutare a migliorare l'apprendimento automatico, che è tutto basato sull'insegnamento dell'intelligenza artificiale per fare previsioni sempre migliori.
Questo è tutto "altamente esplorativo", ha aggiunto Gu, e richiederà molti ulteriori esperimenti per capire tutte le applicazioni del simulatore quantistico. Purtroppo, il destino di questo chiaroveggente computer è un futuro che rimane un mistero.
