Uma equipe de jovens cientistas do Instituto de Ciências Naturais e Matemática da South Ural State University, sob a orientação do físico e matemático Professor Sergei Podoshvedov, propuseram um gerador algorítmico do estado não clássico da luz, representando um "estado do gato de Schrödinger" de uma amplitude muito grande. Este algoritmo desempenha um papel importante no acoplamento quântico e cálculos quânticos no campo óptico com o uso de fontes de laser. Os resultados deste trabalho foram publicados em Relatórios Científicos .

O gato está vivo ou morto?

Os pesquisadores têm estudado ativamente vários campos da mecânica quântica. Um deles incluía a ideia de gerar estados de luz não clássicos. Os pesquisadores consideraram quais condições devem ser criadas para se trabalhar com transmissão de informação quântica e determinaram a possibilidade de criar tais condições na realidade. Esta tarefa é de interesse tanto do ponto de vista fundamental (ou seja, se é possível), e do aplicado, uma vez que os sinais de luz são capazes de transmitir informações quânticas usando partículas emaranhadas. Os cientistas do SUSU propuseram um algoritmo para criar um estado de luz em que os fótons estão em um estado de gato de Schrödinger.

Em 1935, O físico austríaco Erwin Schrödinger, um dos primeiros investigadores da mecânica quântica, propôs um famoso experimento mental envolvendo um gato preso em uma câmara. Sua vida depende da decadência de um átomo radioativo; se o átomo decai, um relé ativa e libera um martelo que estilhaça um frasco de veneno, e o gato está envenenado; se o átomo não decai, o gato permanece vivo. Uma vez que a câmara é aberta, o observador pode testemunhar apenas um de dois estados:O núcleo decaiu, e o gato esta morto, ou o núcleo não decaiu, e o gato está vivo. Antes que aconteça, o gato hipotético está morto e vivo.

A ilustração de Schrödinger descreve o principal paradoxo da física quântica:partículas, como elétrons, fótons e até átomos, pode existir em dois estados ao mesmo tempo. A criação de elementos ópticos com o uso de partículas elementares para computadores quânticos é uma direção promissora. Provavelmente, Contudo, um computador quântico será projetado com base em vários sistemas físicos, incluindo o uso de qubits ópticos.

Em cálculos quânticos, o estado do gato de Schrödinger é um estado especial emaranhado (acoplado) de qubits, em que todos eles estão em uma superposição igual de todos os zeros e uns.

"Qubits podem ser afetados pelo ambiente circundante e, Portanto, requerem sistemas de computação confiáveis. Tudo isso impõe demandas muito rigorosas a qualquer sistema físico baseado em qubits, bem como as portas quânticas que transformam os estados de entrada dos qubits em estados de saída. Diferentes sistemas físicos podem ser usados ​​para diferentes protocolos quânticos. Em particular, uma vez que a luz tem a velocidade de propagação máxima possível e interage fracamente com o ambiente ruidoso circundante, sistemas ópticos são colocados ao lado de sistemas atômicos ao desenvolver as configurações possíveis de um computador quântico, "explica Dmitrii Kuts.

A condição de superposição torna os computadores quânticos incrivelmente poderosos. Mas isso complica significativamente os cálculos. Qubits não devem simplesmente manter seu estado; eles também devem interagir uns com os outros. E a situação se torna mais complicada quando se considera a interação entre dezenas ou centenas de qubits.

Novos passos para alcançar a meta

Os cientistas pretendem realizar experimentos para criar uma fonte determinada de luz emaranhada independente das condições iniciais. A criação sob demanda de uma fonte de emaranhamento é um elemento crucial para a implementação prática de todos os protocolos quânticos, incluindo a criação de um computador quântico. A promessa da computação quântica é a implementação eficiente de algoritmos intratáveis ​​para executar funções como escolher rapidamente a solução certa entre milhões de opções, ou procurando por dados não classificados, que não pode ser executado de forma eficiente por computadores que operam nas leis clássicas. Mas para realizar um computador quântico funcional, um conjunto multifuncional de operações determinadas com um grande conjunto de qubits deve ser executado de forma eficiente. A diversidade dos possíveis estados de um qubit aumenta significativamente sua capacidade, e portanto, o poder computacional potencial de um computador.

"Como uma regra, os experimentos de condução dos pesquisadores podem implementar apenas um número muito limitado de estados úteis na prática. Uma implementação sob demanda de um estado quântico desejado é a chave para a operação de estados quânticos e um grande número de vários protocolos quânticos. Em essência, um computador quântico é ele próprio um gerador do estado de saída necessário, a informação da qual é extraída por meio de medição. O mesmo também pode ser dito de, por exemplo, um protocolo de teletransporte quântico de um estado desconhecido, ou, Digamos, de uma internet quântica. Qualquer progressão, seja um novo mecanismo ou um novo algoritmo em engenharia quântica, traz a humanidade mais perto de realizar um computador quântico eficiente e fazer uma tentativa de espiar além dos limites do mundo físico, "diz Sergei Podoshvedov.

Embora várias abordagens para computadores quânticos ópticos tenham sido propostas, nenhum é completamente satisfatório; as propostas existentes são bastante complicadas ou de aplicação limitada. Por exemplo, a implementação de uma operação lógica simples exigiria um número inaceitavelmente grande de operações adicionais. Usando de forma eficiente os recursos ópticos, mecanismos de interação e estados adequados ainda é uma questão em aberto. A engenharia quântica de estados continua sendo um problema não resolvido do processamento quântico de informações.

O estado felino de Schrödinger pode permitir aos pesquisadores reduzir as perdas durante o processamento quântico de informações, e pode ser criado em qualquer ambiente com grandes amplitudes. No entanto, vários problemas surgem ao trabalhar com eles. Por exemplo, esses estados devem ser estáveis, e as operações quânticas devem ser realizadas muito rapidamente. Cientistas de todo o mundo estão trabalhando para resolver essas tarefas.