Квантовый компьютер на основе теории относительности: прорыв в квантовой информатике
Ученые нашли неожиданное применение теории относительности Альберта Эйнштейна: она может стать основой для нового типа квантового компьютера. Специальная теория относительности, объясняющая, как пространство и время меняются на скоростях, близких к световой, уже помогает в работе GPS и спутников. Теперь исследователи под руководством Т. Рика Перша из Института «Периметр» доказали, что релятивистские эффекты способны связывать квантовые биты (кубиты) через запутанность, если они движутся с огромной скоростью. Их работа представляет первую полную математическую модель такого компьютера, сравнимую с подробным рецептом выпечки хлеба: от ингредиентов до точных пропорций.
Команда Перша использовала релятивистскую квантовую теорию информации, чтобы понять, как сверхбыстрое движение и взаимодействие с квантовыми полями влияют на кубиты. С помощью машинного обучения ученые написали короткие квантовые программы и разработали алгоритм, определяющий, как кубиты должны двигаться для выполнения задач. Например, они протестировали модель на алгоритме квантового преобразования Фурье — универсальной программе, которая лежит в основе сложных вычислений, таких как алгоритм Шора, способный взламывать шифрование. Этот подход, по словам Эдуардо Мартина-Мартинеса из Университета Ватерлоо, стал настоящим прорывом, доказав, что релятивистский квантовый компьютер возможен.
Создание такого компьютера пока остается далекой целью, требующей лет теоретических и инженерных исследований. Однако модель уже сейчас помогает глубже понять квантовые поля и обработку информации. Ученые планируют использовать машинное обучение, чтобы изучить свойства этих полей и, возможно, открыть новые физические законы. Релятивистский подход не противоречит существующим технологиям, например, сверхпроводящим кубитам, и может дополнить их.