Исследователи достигли возможности возврата фотона в его предыдущее состояние с почти 100% точностью. Разработанное устройство направляет частицу одновременно по множеству путей. Это облегчает исправление ошибок в квантовых системах и служит новым доказательством того, что суперкомпьютеры будут использоваться более широко.
Австрийские физики осуществили уникальный эксперимент: они смогли «отмотать» время для одной частицы в квантовой системе. Им удалось вернуть фотон в предыдущее состояние без каких-либо данных о том, что с ним происходило в процессе, при этом сохранив его квантовые свойства. Это стало возможным благодаря устройству, названному квантовым переключателем — специальной оптической схеме, в которой частица перемещается по нескольким путям одновременно.
В нашем обычном мире законы физики не позволяют просто так изменять прошлое, но на микроскопическом уровне действуют другие правила. На уровне фотонов и электронов работает квантовая суперпозиция, позволяющая системе находиться в нескольких состояниях одновременно. Обычные компьютеры используют биты, которые принимают одно из двух значений — 0 или 1. В квантовых вычислениях применяются кубиты, которые могут принимать значения 0 и 1 одновременно, что значительно увеличивает объем обрабатываемой информации.
В экспериментальной установке ученые направили одиночный фотон через кристаллы и поляризационные фильтры, создав контролируемую среду для «перемотки». Система функционировала по «протоколу обратного хода» — алгоритму, который вмешивается в возможные траектории частицы и объединяет их в нужный результат. Это позволяет, например, исправлять ошибки в вычислениях, не нарушая работу кубита. Вероятность успешного результата при корректной настройке близка к 100%, а время выполнения процесса минимально.
Интересно, что тот же метод способен «ускорять» течение времени для частицы. В этом случае ее состояние изменяется так, словно прошло гораздо больше времени, чем в соседних идентичных системах. Для этого исследователи обычно перенастраивают взаимодействие с каждым возможным путем фотона, регулируя фазу его колебаний и направление движения.
Хотя подобные манипуляции теоретически могут быть повторены и с более крупными объектами, это потребует огромных ресурсов. На практике основная ценность открытия заключается в квантовых процессорах нового поколения. Данная технология позволит защитить вычисления от ошибок и повысить стабильность работы при более высоких температурах, чем считалось возможным ранее.
Такой «контролируемый возврат» служит ярким доказательством того, что время на субатомном уровне гораздо более пластично, чем в нашем привычном мире. Это означает, что квантовые компьютеры могут вскоре стать нормой, а не чем-то экстраординарным.
Фото: hi-tech.mail.ru