インサイダーブリーフ
- 研究者は、QuantinuumのH1 Quantum Computerを使用して、Quantum “Pseudotelepathy」を一貫して達成する堅牢でスケーラブルな量子ゲームを実証しました。
- この実験では、絡み合ったQubitsを結び目のようなトポロジーフェーズに配置することを含みました。
- この調査では、現在の量子デバイスが特定のタスクの古典的な戦略を既に上回る方法を強調し、将来の量子システムのパフォーマンスのベンチマークを提供します。
プレスリリース – 世界で最も小さなチェッカーのゲームを想像してみてください – レーザーを使用して、非常に小さなグリッドでイオンの周りを正確にシャッフルすることで演奏します。
それが最近の研究の背後にあるアイデアです ジャーナルに掲載されています 物理的なレビューレター。コロラド州の理論物理学者のチームは、科学者が実際の量子コンピューターで再生できる新しいタイプの量子「ゲーム」、または原子などの小さなオブジェクトを操作して計算を実行するデバイスを設計しました。
研究者は、そのようなデバイスの1つであるゲームでゲームをテストしました。 QuantinuumシステムモデルH1量子コンピューター 会社によって開発されました Quantine。この研究は、コロラド大学ボルダー大学の科学者とコロラド州ブルームフィールドに拠点を置くQuantinuumとのコラボレーションです。
調査結果は、これらのデバイスができることのほんの一部を強調している、と研究の共著者であるRahul Nandkishore氏は述べています。
「小規模な量子デバイスは、急速にオンラインで登場しています」と、CU Boulderの物理学部の准教授であるNandkishore氏は述べています。 「それは本当に質問を促します：「彼らは何のために良いのですか？」」
なぜQuantum？
答え：潜在的に。
科学者は、量子コンピューターは、人間の病気の治療や原子と電子が非常に小さなスケールでどのように相互作用するかを探るための新薬を発見するなど、今日は前代未聞の速度でさまざまなタスクを実行できると考えています。
しかし、必要に応じて機能する量子コンピューターを構築することは簡単な目標ではありません。ビットで動作する家のラップトップ、またはゼロまたは1つのいずれかにフリップするスイッチとは異なり、量子コンピューターはqubitsと呼ばれるコンセプトにヒンジを付けます。原子または他の小さなオブジェクトから作ることができるキュービットは、両方とも同時にゼロ、1つ、または量子物理学の奇妙さを介して取得します。
Quantinuumの物理学者であるDavid Stephenは、Qubitsも制御するのが難しいことで有名です。
これらの量子エンティティを飼育する新しい方法を探るために、研究は物理学者が物質の「トポロジー」フェーズと呼ぶものにQubitsのネットワークを組み立てました。これは非常に小さな結び目の塊のようなものです。その配置により、チームはこの種のテクノロジーにとって大きな課題である、その過程で量子コンピューターを混乱させることなく、簡単な数学的ゲームをプレイすることができました。
「原則として、この実験についてはあまり驚くことはありませんでした。理論的には、それが思っていたとまったく同じように機能しました」とスティーブンは言いました。 「しかし、それが非常にうまく機能したという事実は、この量子コンピューターのベンチマークと見なすことができます。」
心を読む
Quantum Gamesは長い間存在してきたとNandkishoreは付け加え、世界初の量子コンピューターに先立っています。それらは、科学者が量子物理学のより外側の可能性のいくつかを探求できるようにする数学的演習であり、実験的にテストすることもできます。
物理学者のデイビッド・メルミンは、1990年に量子ゲームのアイデアを普及させました。典型的な量子ゲームでは、2人以上の仮想人間のプレイヤーがプロンプトを受け取り、数字のゼロと1つのグリッドを順番に記入します。 （Sudokuのようなものを少し想像してください）。プレイヤーは、ゼロとゼロの配置が特定の数学的パターンを完了した場合、ゲームに「勝ちます」。
ナンドキショアは言った。彼らは別の部屋に座らなければなりません。そして、彼らはテレパシーではありません。
「彼らは事前に望む戦略に同意することができますが、ゲーム中にコミュニケーションをとることはできません」と、CU Boulderの物理学のポスドク会アソシエイトであるOliver Hartは述べています。 「確実にゲームに勝つ戦略がないことを示すのは比較的簡単です。」
これが量子物理学が登場する場所です。
メルミンは、理論的には、各プレイヤーに絡み合った粒子のコレクションの1つを与えることができると提案しました。絡み合った粒子は、一方を測定すると他方の測定の結果に影響するように相互作用しています。粒子が分離されていても、隣の部屋（または次の都市）で分離されていても、それは本当です。量子ゲームでは、プレイヤーはこれらの相関を使用して回答を調整できます。科学者はそれを「擬似lepathy」と呼びかけたので、それは一見偉業であるため、科学者はそれをニックネームと呼びました。
実際には、量子コンピューター内の粒子を絡み合わせると、それほど単純ではありません。
温度の微小上昇など、わずかな乱れでさえ、2つの粒子間のリンクをスナップすることができます。これらの種類のエラーは、量子コンピューターに追加するキュービットを増やすだけではありません。
量子ノットワーク
ナンドキショアと彼の同僚は、別の方法でQuantum Gamesをプレイしたいと考えていました。それは現実の世界で勝つのが簡単かもしれません。
そのために、グループはQuantinuumのシステムモデルH1に目を向けました。このデバイスは、手のひらに収まることができるチップを使い果たします。レーザーを使用して、20個ものキクのコレクションを制御します（この場合、チップの表面に閉じ込められたイッテルビウムイオン）。
現在の研究では、研究者はコンピューターコマンドをオンラインで送信しました。彼らは、Ytterbiumイオンを2次元グリッドに配置し、異常な量子構造を生成しました。絡み合った2つまたは3つのイオンだけを持つのではなく、イオンのコレクション全体が「トポロジー」順序である絡み合いの根本パターンを示しました。それはまるでQubitsが自分自身を結び目に縛っていたかのようです。
そして、それらの結び目は、解くのは簡単ではないとナンキショアは言った。
「システム全体にわたるこのグローバルなエンタングルメントに関連する順序があります」と彼は言いました。 「地元の妨害をするなら、それを台無しにするべきではありません。」
研究者は、量子ゲームプレーヤーの役割を引き受け、H1-1内のさまざまなキュービットの測定を実験しました。彼らは、量子擬似lepathyを達成し、約95％以上のゲームに勝つことができることを示しました。研究者は、外乱や追加の仮説的なプレーヤーを追加のQubitsを測定した場合でも、ゲームに一貫して勝つことができました。
ナンドキショアは、それ自体で、チームのゲームはおそらく実際の問題を解決しないと指摘しました。しかし、少なくともいくつかのケースでは、今日の量子コンピューターは、エッジを失うことなくすでに大きく成長できる可能性があることを明らかにしています。
「この研究は、Quantum Devicesが既に行うことができることが、利用可能な最良の古典戦略を上回ることができるという原則の証明であり、堅牢でスケーラブルな方法で」と彼は言いました。
