物理學家現在能預測量子系統會失效的確切時間!

Comment is Closed

終於!

有史以來第一次,物理學家能夠準確地預測量子系統的未來,特別是它們將會失效的那一刻,做出預測的時間比實際發生的時間還要早。這項訊息可以在未來被用來產生更準確和可靠的強大量子科技。

如果這讓你有點傷腦筋,想想你的智慧型手機。由於科技的關係,你知道有一天它會壞掉。現在想像你可以預測未來手機壞掉的確切時刻,然後在發生之前做出預防。

現在,這是有史以來第一次澳洲物理學家實現這項預測。但不是預測行動電話,而是準確地預測量子系統在未來的失效,而且能夠阻止它發生。

預測智慧型手機和預測量子系統,其中最主要的不同是量子系統比智慧型手機更快速地瓦解,而且是隨機地。

來自雪梨大學(University of Sydney)的首席研究員麥可‧比爾庫克(Michael J. Biercuk)說:「有很多種方法手機的個別零件最終會壞掉,量子系統也一樣會失效。」

推薦文章:  不會斷裂的橡皮筋,比鋼鐵強2百倍!

「但在量子科技中,壽命通常是測量幾分之1秒,而不是幾年。」

量子科技,例如量子電腦,有能力改革我們的生活和工作方式。普通電腦是依賴二進制’位元’是在’開’或’關’的狀態(1或0),來處理資訊。

另一方面,量子位元或量位元(qubit)是由在微小晶片內被捕獲的原子所組成的,並且可以是在開或關的狀態以及稱為疊加(superposition)的第3狀態,這使得它們非常的強大

但是量子技術的一個大問題是它不可靠,因為量子系統周圍的環境使它們隨機化,造成量子退相干(decoherence)現象。

這意味著在隨機的時間點,量子系統能夠失去’量子性(quantumness)’,並且突然變得沒有用。

直到現在,科學家還沒有辦法來預測這種情況何時發生,因為它完全受到隨機因素的影響,更不用說在不破壞的情況下,甚至無法測量量子系統的事實。

這裡是比爾庫克所談論有關預測量子系統的挑戰:

比爾庫克說:「人類例行地在日常經驗中使用預測技術,例如在打網球時,根據觀察飛行中的球,預測球將在哪裡落地。」

推薦文章:  知名自然主義者說: 人類是地球的瘟疫!

這是行得通的,因為控制球要往哪裡去的規則,例如重力,是可預測和已知的。

比爾庫克補充:「但如果規則在球要到達你的途中隨機改變了呢?在這種情況下,接下來就不可能預測球的未來走向。」

「然而,這種情況正是我們必須處理的,因為量子系統的瓦解是隨機的。此外,在量子領域,觀察量子會抹除它的量子性,所以研究小組需要能夠猜測系統將如何以及何時毀壞。」

「在蒙上眼睛時,我們需要有效地擺動隨機移動的網球。」

為了克服這個問題,雪梨大學研究小組使用機器學習(相同的演算法來挖掘大數據中的模式),來尋找任何可用的訊息,來預測何時量子位元會失效。

結果是,無論量子系統似乎對我們來說有多麼隨機,在數據中有足夠的訊息使電腦能夠猜測一個量子位元在未來如何改變;而且,在沒有直接觀察的情況下,預測它會失效的時間。

研究小組於是將這些預測與真實量子位元瓦解時間做比較,然後發現是非常準確的。不僅如此,還可以補償預期的變化,在第一時間來阻止系統瓦解。

展望未來,如果科學家能夠即時地做到這一點,它將使得量子位元更加可靠和穩定,並且可能有助於量子電腦儘快地成為真實。

比爾庫克說:「我們知道構建真正的量子科技將需要在控制和穩定量子位元能力上的重大進展,使它們在應用中是有用的。」

推薦文章:  震驚! 警方查獲一千萬歐元的軍械庫,這是打算交給歐洲恐怖份子的武器!

「我們感到興奮能夠開發新的功能,把量子系統從新穎轉變成有用的科技,量子的未來總是看起來更好。」

出招吧!

這項研究將在本週的自然通訊(Nature Communications)期刊上發表,而且在資料庫預印本網站(arXiv.org)上可以得到完整內容。

來源:ScienceAlert