Квантові випадкові блукання перемогли класичні

13/07/2009

Схематичне зображення випадкових блукань. Справа - класичний, зліва - квантовий варіанти. Цифри зліва відзначають кількість кроків. Ілюстрація авторів дослідженняФізики встановили, що квантові випадкові блукання дозволяють частинці піти набагато "далі" того ж часу, ніж класичні випадкові блукання. Стаття дослідників з докладним викладом результатів з'явилася в журналі Science, а її короткий виклад наводить ScienceNOW.

Класичні випадкові блукання з дискретним часом - математичний апарат, який дозволяє описувати різні процеси від дифузії газів до вартості цінних паперів на біржі. У найпростішому формулюванні завдання виглядає таким чином: припустимо, що на прямій є частинка, здатна в кожен момент часу переміщатися на фіксовану відстань управо або вліво. Напрям визначається випадково з вірогідністю 0.5. На перший погляд здається, що частинка повинна коливатися навколо початку координат, проте, виявляється, що через N кроків вона в середньому віддаляється від початку відліку на відстань N0.5.

В рамках дослідження учених цікавив квантовий аналог даного завдання. Для цього вони помістили атом цезію всередину двох лазерних променів, що "дивляться" назустріч один одному. Спочатку дослідники переводили спин атома у певну суперпозицію двох станів, що позначаються звичайно "вгору" і "вниз". Потім учені змінювали поляризацію променів так, що атом із спином "вгору" повинен був "стрибнути" на одиницю управо, а атом із спином "вниз" - на одиницю вліво.

Ця операція пророблялася кілька разів. Оскільки спин був у суперпозиції двох станів, то з погляду квантової механіки місцерозташування атома описувалося дискретною хвилевою функцією: тобто атом цезію знаходився з певною вірогідністю в декількох точках прямої. За N кроків атом міг "відстрибати" управо або вліво на N, тобто з деякою вірогідністю (може і нульовими) знаходився в 2N - 1 точці прямої. Щоб підрахувати наближене значення вірогідності виявлення атома в кожній з цих точок, дослідники проробляли цей експеримент багато разів. Аналіз отриманого розподілу ймовірності дозволив встановити, що в середньому за N кроків, квантова частинка віддаляється від початку координат на відстань, пропорційну до кількості кроків, тобто закон принципово відрізняється від класичного.

Самі дослідники відзначають, що крім теоретичного інтересу їх відкриття може мати і практичне значення. Зокрема, йдеться про те, що певна кількість подібних частинок може бути використана при створенні квантових комп'ютерів. Як саме передбачається їх використовувати, дослідники не уточнюють.

Зовсім нещодавно фізикам вдалося створити перший твердотільний квантовий процесор, який оперує двома кубітами. На відміну від попередніх конструкцій, які були, наприклад, іони в магнітних пастках, цей процесор нагадує звичайні сучасні мікрочіпи. Дослідники використовували даний пристрій, щоб вирішити декілька теоретичних завдань. Наприклад, вони змогли реалізувати алгоритми Гровера і Дойче-Джозе.

Повернутися до списку публікацій



Останні новини

Статті

Попередні публікації