เพื่อประดิษฐ์อินเทอร์เน็ตควอนตัม

เพื่อประดิษฐ์อินเทอร์เน็ตควอนตัม

jumbo jili

อมูลแรกที่เคยส่งผ่าน Arpanet ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของอินเทอร์เน็ต ถูกลบจากคอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส ไปยังอีกเครื่องหนึ่งที่สถาบันวิจัยสแตนฟอร์ดในเมืองปาโลอัลโตเมื่อวันที่ 29 ต.ค. 2512

สล็อต

เย็นวันนั้น ทีมที่ UCLA ได้โทรศัพท์กับทีม SRI และเริ่มพิมพ์ “LOGIN” “เราพิมพ์ตัว L แล้วถามว่า ‘คุณได้ตัว L ไหม’” ลีโอนาร์ด ไคลน์ร็อก นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ของยูซีแอลเอเพิ่งนึกขึ้นได้ “’ใช่’ เป็นคำตอบจาก SRI เราพิมพ์ O และถามว่า ‘คุณได้รับ O หรือไม่’ ‘ใช่.’ เราพิมพ์ตัว G แล้วถามว่า ‘คุณได้รับ G ไหม’ ชน! โฮสต์ SRI ขัดข้อง นั่นคือข้อความแรกที่เปิดตัวการปฏิวัติที่เราเรียกว่าอินเทอร์เน็ต”
ความสามารถของเครือข่ายในการส่งข้อมูล รวมทั้งแนวโน้มที่จะพังหรือทำงานอย่างคาดไม่ถึง ได้สร้างความหลงใหลให้กับStephanie Wehner มาโดยตลอด Wehner นักฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จาก Delft University of Technology กล่าวว่า “ในคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว สิ่งต่างๆ จะเกิดขึ้นตามลำดับ “บนเครือข่าย มีสิ่งที่ไม่คาดฝันมากมายเกิดขึ้นได้” นี่เป็นเรื่องจริงในสองแง่: โปรแกรมบนคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อจะรบกวนการทำงานของโปรแกรมอื่น โดยมีเอฟเฟกต์ที่น่าประหลาดใจ และผู้ใช้เครือข่ายมีความคิดสร้างสรรค์ Wehner ตั้งข้อสังเกตเกี่ยวกับอินเทอร์เน็ตในตอนแรกว่า “ผู้คนคิดว่าเราจะใช้มันเพื่อส่งไฟล์บางไฟล์”
Wehner เข้าสู่โลกออนไลน์ครั้งแรกเมื่อประมาณปี 1992 เมื่อไม่กี่ปีก่อนที่การทำเช่นนั้นจะเป็นเรื่องง่าย ตอนนั้นเป็นวัยรุ่นในเยอรมนีและเป็นโปรแกรมเมอร์คอมพิวเตอร์ที่เชี่ยวชาญอยู่แล้ว ในไม่ช้าเธอก็กลายเป็นแฮ็กเกอร์บนอินเทอร์เน็ตที่เพิ่งเริ่มต้น เมื่ออายุ 20 ปี เธอได้งานเป็นแฮ็กเกอร์ที่ “ดี” และกำจัดช่องโหว่ของเครือข่ายในนามของผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต จากนั้นเธอก็เบื่อกับการแฮ็คและแสวงหาความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับการส่งข้อมูลและเครือข่าย
ตอนนี้ Wehner เป็นหนึ่งในผู้นำทางปัญญาของความพยายามในการสร้างอินเทอร์เน็ตรูปแบบใหม่ตั้งแต่เริ่มต้น เธอกำลังทำงานเพื่อออกแบบ “อินเทอร์เน็ตควอนตัม” ซึ่งเป็นเครือข่ายที่จะส่ง – แทนที่จะเป็นบิตคลาสสิกที่มีค่า 0 หรือ 1 – ควอนตัมบิตซึ่งทั้งสองความเป็นไปได้คือ 0 และ 1 อยู่ร่วมกัน “qubits” เหล่านี้อาจทำมาจากโฟตอนซึ่งมีโพลาไรเซชันสองแบบรวมกัน ความสามารถในการส่ง qubits จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงอาจไม่เปลี่ยนแปลงสังคมอย่างทั่วถึงเท่ากับอินเทอร์เน็ตแบบคลาสสิก แต่จะปฏิวัติแง่มุมต่าง ๆ ของวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมอีกครั้งตั้งแต่ความปลอดภัยจนถึงการคำนวณจนถึงดาราศาสตร์
Wehner เป็นผู้ประสานงานของ Quantum Internet Alliance ซึ่งเป็นความคิดริเริ่มของสหภาพยุโรปเพื่อสร้างเครือข่ายสำหรับการส่งข้อมูลควอนตัมทั่วทั้งทวีป ในบทความเรื่องScienceเมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมา เธอและผู้เขียนร่วมสองคนได้วางแผนหกขั้นตอนสำหรับการตระหนักถึงอินเทอร์เน็ตควอนตัม ซึ่งแต่ละขั้นตอนของการพัฒนาจะสนับสนุนอัลกอริธึมและแอปพลิเคชันใหม่ ขั้นตอนแรกกำลังดำเนินการอยู่ ด้วยการสร้างเครือข่ายควอนตัมสาธิตที่จะเชื่อมต่อสี่เมืองในเนเธอร์แลนด์ ซึ่งเป็นแบบอะนาล็อกของ Arpanet Tracy Northup สมาชิกของ Quantum Internet Alliance ซึ่งตั้งอยู่ที่ University of Innsbruck ยกย่อง “วิสัยทัศน์ที่กว้างไกลของ Stephanie และความมุ่งมั่นของเธอในการสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่ที่จะทำให้มันเกิดขึ้น”
หลังจากเลิกแฮ็ค Wehner ไปมหาวิทยาลัยในเนเธอร์แลนด์เพื่อศึกษาวิทยาการคอมพิวเตอร์และฟิสิกส์ เธอได้ยินนักทฤษฎีข้อมูลควอนตัม John Preskill บรรยายใน Leiden โดยอธิบายถึงข้อดีของควอนตัมบิตสำหรับการสื่อสาร ไม่กี่ปีต่อมา หลังจากได้รับปริญญาเอก เธอทิ้งงานคลาสสิกไว้เบื้องหลังและเข้าร่วมกลุ่มของ Preskill ที่ California Institute of Technology ในฐานะ postdoc
ที่ Caltech นอกเหนือจากการพิสูจน์ทฤษฎีบทเด่นๆ มากมายเกี่ยวกับข้อมูลควอนตัม การเข้ารหัสควอนตัม และธรรมชาติของกลศาสตร์ควอนตัมแล้ว Wehner กลายเป็น “ผู้นำโดยธรรมชาติ” Preskill กล่าวซึ่ง “มักเป็นกาวที่เชื่อมโยงผู้คนเข้าด้วยกัน” ในปี 2014 หลังจากดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ในสิงคโปร์ เธอย้ายไปที่เดลฟท์ ซึ่งเธอเริ่มร่วมมือกับนักทดลองเพื่อวางรากฐานสำหรับอินเทอร์เน็ตควอนตัม
นิตยสาร Quantaได้พูดคุยกับ Wehner เป็นเวลาสองวันในเดือนสิงหาคม บทสัมภาษณ์กระชับและแก้ไขเพื่อความชัดเจน
อินเทอร์เน็ตควอนตัมเป็นเครือข่ายสำหรับส่ง qubits ระหว่างสถานที่ห่างไกล ทำไมเราต้องทำอย่างนั้น?
ความคิดไม่ใช่เพื่อแทนที่อินเทอร์เน็ตที่เรามีในปัจจุบัน แต่เพื่อเพิ่มฟังก์ชันการทำงานใหม่และพิเศษจริงๆ มีแอปพลิเคชันทุกประเภทของเครือข่ายควอนตัมที่จะค้นพบในอนาคต แต่เรารู้อยู่แล้วว่าค่อนข้างดี แน่นอนว่าแอปพลิเคชั่นที่มีชื่อเสียงที่สุดคือการสื่อสารที่ปลอดภัย: ความจริงที่ว่าเราสามารถใช้การสื่อสารควอนตัมเพื่อดำเนินการสิ่งที่เรียกว่าการกระจายคีย์ควอนตัม ซึ่งการรักษาความปลอดภัยจะคงอยู่แม้ว่าผู้โจมตีจะมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ตาม คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำลายโปรโตคอลความปลอดภัยที่มีอยู่มากมายในปัจจุบันได้
คอมพิวเตอร์เป็นสิ่งที่น่าสนใจ แต่สิ่งที่ฉันสนใจจริงๆ คือการส่งข้อมูลจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง
อะไรทำให้ควอนตัมคีย์มีความปลอดภัย
วิธีที่ดีในการทำความเข้าใจว่าควอนตัมอินเทอร์เน็ตทำอะไรได้บ้างคือการคิดถึง “การพัวพันกันของควอนตัม” ซึ่งเป็นคุณสมบัติพิเศษที่ควอนตัมบิตสองตัวสามารถมีได้ซึ่งทำให้ทั้งหมดนี้เป็นไปได้ คุณสมบัติประการแรกของการพัวพันคือมัน “ประสานกันมากที่สุด”: ฉันจะมีบิตควอนตัมที่นี่และคุณจะมีควอนตัมบิตในนิวยอร์กและเราจะใช้อินเทอร์เน็ตควอนตัมเพื่อพัวพันสองควิบิตนี้ จากนั้น หากฉันวัดค่าควิบิตที่นี่ และคุณทำการวัดแบบเดียวกันในนิวยอร์ก เราจะได้ผลลัพธ์เหมือนเดิมเสมอ แม้ว่าผลลัพธ์จะไม่ได้ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า ดังนั้น คุณจึงสามารถคิดได้โดยสัญชาตญาณว่าอินเทอร์เน็ตควอนตัมนั้นดีมากสำหรับงานที่ต้องการการประสานงาน เนื่องจากคุณสมบัติแรกนั้นของการพัวพันควอนตัม

สล็อตออนไลน์

เนื่องจากมีการประสานงานกันอย่างเต็มที่ คุณอาจพูดว่า “นี่ จะดีกว่าไหมถ้าความพัวพันนี้สามารถแบ่งปันกับคนหลายร้อยคนได้” แต่นั่นเป็นไปไม่ได้จริงๆ ดังนั้นคุณสมบัติประการที่สองของการพัวพันก็คือว่ามันเป็นส่วนตัวโดยเนื้อแท้ ถ้า qubit ของฉันที่นี่พัวพันกับ qubit ของคุณในนิวยอร์ก เรารู้ว่าไม่มีสิ่งอื่นใดที่สามารถมีส่วนในการพัวพันนั้นได้ และนี่คือเหตุผลว่าทำไมการสื่อสารควอนตัมจึงดีสำหรับปัญหาที่ต้องการความปลอดภัย
ในฐานะที่เป็นหนึ่งในแอปพลิเคชันที่ง่ายที่สุดของการสื่อสารควอนตัม การกระจายคีย์ควอนตัมจะพร้อมใช้งานทันทีในช่วงต้นปี 2020 บนเครือข่ายสาธิตที่คุณกำลังสร้าง แอปพลิเคชันขั้นสูงใดบ้างที่จะเป็นไปได้ในภายหลัง
คอมพิวเตอร์ระยะไกลชนิดใหม่จะเป็นไปได้ สมมติว่าคุณมีการออกแบบวัสดุที่เป็นกรรมสิทธิ์และต้องการทดสอบคุณสมบัติของวัสดุในการจำลอง คอมพิวเตอร์ควอนตัมสัญญาว่าจะทำได้ดีกว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก แต่คุณสามารถจินตนาการได้ว่าไม่ใช่ทุกคนในโลกที่จะมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ในห้องนั่งเล่นของพวกเขาในเร็วๆ นี้ ซึ่งอาจไม่ใช่ในช่วงชีวิตของเรา วิธีหนึ่งในการทำเช่นนั้นคือคุณส่งการออกแบบวัสดุมาให้ฉัน แล้วฉันจะทำการจำลองให้คุณบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมของฉัน และบอกผลลัพธ์ให้คุณทราบ เยี่ยมมาก แต่ตอนนี้ฉันรู้ดีไซน์ Material ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของคุณแล้ว สิ่งหนึ่งที่เครือข่ายควอนตัมทำให้เป็นไปได้คือ คุณสามารถใช้อุปกรณ์ควอนตัมแบบง่ายๆ ได้ อันที่จริง มันสามารถสร้างขึ้นได้ครั้งละหนึ่ง qubit และเครือข่ายควอนตัมสามารถถ่ายโอน qubits จากอุปกรณ์ของคุณไปยังคอมพิวเตอร์ควอนตัมอันทรงพลังของฉัน
เพื่อยกตัวอย่างอื่น ผู้คนยังแสดงให้เห็นว่าการพัวพันช่วยให้การซิงโครไนซ์นาฬิการะหว่างสองตำแหน่งมีความแม่นยำมากขึ้น ซึ่งจะมีแอพพลิเคชั่นมากมาย อินเทอร์เน็ตควอนตัมยังสามารถใช้เพื่อสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่ดีขึ้นได้โดยการรวมกล้องโทรทรรศน์ระยะไกลเข้าด้วยกัน สถานะของอนุภาคแสงที่เข้ามาในกล้องโทรทรรศน์ 1 ถูกเทเลพอร์ต โดยใช้ควอนตัมพัวพันกับกล้องโทรทรรศน์ 2 แล้วรวมเข้ากับแสงของกล้องโทรทรรศน์ 2
คุณกำลังพยายามจำลองอินเทอร์เน็ตควอนตัมในอนาคต ทำไมจึงจำเป็น?
ด้วยแพลตฟอร์มการจำลองที่ครอบคลุมมากนี้ที่เราเพิ่งสร้างขึ้น ซึ่งขณะนี้กำลังทำงานอยู่บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เราสามารถสำรวจการกำหนดค่าเครือข่ายควอนตัมต่างๆ และทำความเข้าใจคุณสมบัติต่างๆ ซึ่งยากต่อการคาดการณ์ในเชิงวิเคราะห์ ด้วยวิธีนี้ เราหวังว่าจะได้พบกับการออกแบบที่ปรับขนาดได้ซึ่งสามารถเปิดใช้งานการสื่อสารควอนตัมทั่วยุโรป
ความคาดเดาไม่ได้ของเครือข่ายเป็นสิ่งที่ทำให้ฉันทึ่งมาโดยตลอด คอมพิวเตอร์เป็นสิ่งที่น่าสนใจ แต่สิ่งที่ฉันสนใจจริงๆ คือการส่งข้อมูลจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง นี่คือเหตุผลที่ฉันเข้าสู่การแฮ็ก และเหตุผลที่ฉันสนใจอินเทอร์เน็ตแบบคลาสสิกและเข้าถึงอินเทอร์เน็ตได้ตั้งแต่แรก เป็นเรื่องยากจริงๆ ที่จะจัดการกับสิ่งที่เกิดขึ้นในเครือข่าย เนื่องจากมีสิ่งที่ไม่เคยมีมาก่อนมากมาย ตัวอย่างเช่น หากคุณต้องการส่งข้อความ คุณไม่สามารถคาดเดาได้ว่าจะใช้เวลานานแค่ไหน ข้อความอาจสูญหาย คอมพิวเตอร์อาจขัดข้อง มันอาจจะช้าเกินไป มันอาจทำให้ข้อมูลเสียหาย อาจมีการเปลี่ยนแปลงโปรโตคอลในลักษณะที่ไม่คาดคิดเนื่องจากเป็นเวอร์ชันเก่าหรือเวอร์ชันใหม่หรือเวอร์ชันที่เป็นอันตราย
คุณเป็นแฮ็กเกอร์ที่ไม่ดีก่อนที่คุณจะเป็นแฮ็กเกอร์ที่ดีหรือไม่?
นี่ไม่ใช่สิ่งที่สามารถพูดได้ในการสัมภาษณ์! ฉันคิดว่าโลกเป็นสถานที่ที่ดีกว่าในตอนนั้น แต่ฉันไม่สารภาพอะไรเลย [หัวเราะ]
ทำไมคุณถึงตัดสินใจเลิกแฮ็คและเป็นนักวิทยาศาสตร์?
ฉันรู้ว่าการแฮ็กฟังดูน่าตื่นเต้นมาก แต่ฉันได้ทำมาระยะหนึ่งแล้ว แน่นอนว่าวิธีหนึ่งช่วยปรับปรุงวิธีการต่างๆ ให้ดีขึ้น แต่ก็เหมือนกันอีกเล็กน้อย ฉันเบื่อและตัดสินใจสำรวจการผจญภัยครั้งใหม่ แล้วฉันก็ค้นพบทฤษฎีข้อมูลควอนตัม และนั่นก็น่าทึ่งมาก

jumboslot

หนึ่งทฤษฎีบทคุณไปในการพิสูจน์เกี่ยวกับข้อมูลควอนตัมเป็นทฤษฎีบทการจัดเก็บข้อมูลที่มีเสียงดัง มันคืออะไร และความหมายของการสื่อสารควอนตัมคืออะไร?
การจัดเก็บที่มีเสียงดังเป็นเรื่องเกี่ยวกับการเข้ารหัสโดยมีการสันนิษฐานทางกายภาพ ในโลกคลาสสิก มักมีการตั้งสมมติฐานทางคอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่น คุณคิดว่าเป็นการยากที่จะกำหนดปัจจัยเฉพาะของตัวเลขจำนวนมาก และหากสมมติฐานนั้นเป็นจริง โปรโตคอลของฉันก็ปลอดภัย หลักฐานการรักษาความปลอดภัยเหล่านี้ดีและมีอยู่ทั่วไป แต่ควรตระหนักว่าอาจใช้ไม่ได้ในภายหลัง หากในอนาคตมีคนคิดค้นขั้นตอนที่ชาญฉลาดเพื่อแก้ปัญหาการคำนวณที่การรักษาความปลอดภัยของคุณยึดตาม การรักษาความปลอดภัยอาจถูกทำลายย้อนหลังได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเรามีคอมพิวเตอร์ควอนตัม พวกเขาจะสามารถแยกตัวประกอบจำนวนมากได้ ดังนั้นการรักษาความปลอดภัยตามแฟคตอริ่งจะถูกทำลาย หากมีคนบันทึกข้อความของคุณในวันนี้ ข้อความเหล่านั้นอาจถูกถอดรหัสในภายหลัง
งานจัดเก็บที่มีเสียงดังเป็นเรื่องเกี่ยวกับ: เราสามารถสร้างสมมติฐานทางกายภาพที่ไม่สามารถหักย้อนหลังได้หรือไม่? สมมติฐานทางกายภาพคือ ยากที่จะเก็บสถานะควอนตัมจำนวนมากโดยไม่มีสัญญาณรบกวน ซึ่งจำเป็นต้องเป็นจริงในกรอบเวลาอันสั้นเท่านั้น ถ้าฉันตั้งสมมติฐานว่าตอนนี้คุณสามารถจัดเก็บคิวบิตที่มีสัญญาณรบกวนได้มากถึง 1 ล้าน คิวบิตเท่านั้น ฉันสามารถรักษาพารามิเตอร์โปรโตคอลของฉันเพื่อเพิ่มความปลอดภัยโดยการส่งข้อมูลมากกว่าที่คิวบิตที่มีสัญญาณรบกวนนับล้านสามารถดักจับได้ นี่เป็นสิ่งที่ดีเพราะถ้าพรุ่งนี้คุณไปซื้อหน่วยความจำควอนตัมที่มี 2 ล้านคิวบิต นั่นก็สายเกินไปแล้ว ข้อมูลถูกส่งไปอย่างปลอดภัยแล้ว
ซึ่งจะทำให้เราสามารถปรับใช้โปรโตคอลทุกประเภทในการสื่อสารควอนตัม สมมติว่าคนสองคนต้องการเปรียบเทียบรหัสผ่านของกันและกันโดยไม่ได้แจกให้เลย มันไม่เหมือนกับที่เราทำในตอนนี้ เมื่อคุณใช้ ATM และกด PIN ของคุณที่นั่น — ฉันจะเจาะ PIN บนอุปกรณ์ของฉันเองแทน และจะไม่มีวันรั่วไหลไปยัง ATM โปรโตคอลนั้นเป็นไปได้ด้วยสมมติฐานการจัดเก็บที่มีเสียงดัง
การแสวงหาอินเทอร์เน็ตควอนตัมมีแนวโน้มที่จะส่งเสริมความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกฎของธรรมชาติ – แนวทางการเรียนรู้โดยการทำวิทยาศาสตร์หรือไม่?
วิทยาศาสตร์บางครั้งมีการตัดสินว่าคำถามบางข้อเป็นพื้นฐานและคำถามบางข้อก็เป็นเรื่องธรรมดา ฉันคิดว่าการนำบางสิ่งบางอย่างมาสู่โลกแห่งความเป็นจริงที่ผู้คนสามารถใช้ได้จริงไม่เคยเป็นเรื่องธรรมดา มันยากมาก มีความคิดที่ก้าวกระโดดอย่างเหลือเชื่อว่า “ฉันมีความคิดที่ดี มาพูดคุยกันบนกระดานไวท์บอร์ด” ไปยังโทรศัพท์มือถือที่ฉันกำลังคุยกับคุณอยู่ ด้วยอินเทอร์เน็ตควอนตัม เรากำลังพยายามทำสิ่งนี้ตั้งแต่เริ่มต้น จากศูนย์ จากการทดลองในระยะแรกในห้องแล็บ ไปจนถึงเครือข่ายที่เราพยายามจะจัดตั้งในเนเธอร์แลนด์ ไปจนถึงบางสิ่งที่อยู่นอกห้องแล็บ ที่ทำงานในระยะไกล ที่ผู้คนสามารถใช้ได้ ที่พวกเขาสามารถเล่นได้ แล้วโดยคนที่ไม่จำเป็นต้องรู้ฟิสิกส์เพื่อที่จะทำมัน หากส่วนหนึ่งของระบบมีอยู่แล้ว เราสามารถพูดได้ว่า “ตอนนี้เรากำลังจะปรับปรุงสิ่งนั้น
ในการทำเช่นนี้ ฉันคิดว่าเราจะได้รับความเข้าใจพื้นฐานมากขึ้นในหลาย ๆ ด้าน เราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิสิกส์ด้วยการทำให้เครือข่ายเหล่านี้เกิดขึ้นได้ เพราะตอนนี้เราไม่รู้แน่ชัดว่าต้องทำอย่างไร เรายังคงทดลองโหนดประเภทต่างๆ และตัวทำซ้ำควอนตัม อุปกรณ์ที่ถ่ายทอดสิ่งกีดขวางในระยะทางไกล และในขอบเขตของวิทยาการคอมพิวเตอร์ เราจะได้เรียนรู้วิธีใหม่ในการเขียนโปรแกรมและควบคุมเครือข่ายดังกล่าว เนื่องจากความแตกต่างพื้นฐานจากการสื่อสารแบบคลาสสิก
แต่ฉันยังคิดด้วยว่าการใช้เครือข่ายดังกล่าว เราได้รับข้อมูลเกี่ยวกับความคิดสร้างสรรค์และสังคมศาสตร์ ผู้คนจะไปและใช้เครือข่ายเหล่านี้ได้อย่างไร หากคุณดูอินเทอร์เน็ตแบบคลาสสิก ผู้คนคิดว่าเราจะใช้มันเพื่อส่งไฟล์บางส่วน ที่ที่ดี แต่ผู้คนมีความคิดสร้างสรรค์มากขึ้น
ไม่ชัดเจนในทันทีว่าจะขยายงานทดลองนี้เพื่อตรวจสอบแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้อย่างไร เอกสารทั้งหมดเกี่ยวกับควอนตัมสวิตช์พยักหน้าที่ความเชื่อมโยงระหว่างแรงโน้มถ่วงควอนตัมและเวรกรรมที่ไม่แน่นอน แต่การวางซ้อนของวัตถุขนาดใหญ่ ซึ่งขยายการวัดกาล-อวกาศได้หลายทางในคราวเดียว จะยุบอย่างรวดเร็วจนไม่มีใครคิดว่าจะตรวจจับความสัมพันธ์เชิงสาเหตุที่เกิดขึ้นได้อย่างไร ดังนั้นนักวิจัยจึงหันมาใช้การทดลองทางความคิดแทน

slot

หลักการสมมูลควอนตัม
คุณจะจำอลิซและบ๊อบได้ ลองนึกภาพพวกมันถูกประจำการอยู่ในยานอวกาศทดลองแยกต่างหากใกล้โลก แปลกประหลาด (แต่ไม่น่าจะเป็นไปได้) โลกอยู่ในตำแหน่งซ้อนควอนตัมของสถานที่สองแห่งที่แตกต่างกัน คุณไม่จำเป็นต้องมีดาวเคราะห์ทั้งดวงอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับสำหรับแรงโน้มถ่วงเพื่อสร้างความไม่แน่นอนเชิงสาเหตุ: แม้แต่อะตอมเดี่ยวเมื่ออยู่ในตำแหน่งซ้อนทับสองตำแหน่ง ก็สามารถกำหนดเมตริกได้สองวิธีพร้อมกัน แต่เมื่อพูดถึงสิ่งที่วัดได้ในหลักการแล้ว คุณก็อาจจะยิ่งใหญ่ได้เช่นกัน
ในสาขาของการซ้อนภาพ โลกอยู่ใกล้กับห้องทดลองของอลิซ ดังนั้นนาฬิกาของเธอก็เดินช้าลง ในอีกสาขาหนึ่ง Earth อยู่ใกล้ Bob มากกว่า นาฬิกาของเขาจึงเดินช้าลง เมื่ออลิซและบ็อบสื่อสารกัน ลำดับสาเหตุก็เปลี่ยนไป
ในเอกสารสำคัญในปี 2019 Magdalena Zych , Brukner และผู้ร่วมงานได้พิสูจน์ว่าสถานการณ์นี้จะทำให้ Alice และ Bob บรรลุลำดับสาเหตุอย่างไม่มีกำหนด

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on เพื่อประดิษฐ์อินเทอร์เน็ตควอนตัม

Quantum Mischief เขียนกฎแห่งเหตุและผลใหม่

Quantum Mischief เขียนกฎแห่งเหตุและผลใหม่

jumbo jili

อลิซและบ็อบ ดาราแห่งการทดลองทางความคิดมากมาย กำลังทำอาหารเย็นเมื่อมีเหตุร้ายตามมา อลิซทำจานหล่นโดยไม่ได้ตั้งใจ เสียงทำให้บ๊อบตกใจ ที่เผาตัวเองบนเตาและร้องไห้ออกมา ในอีกเหตุการณ์หนึ่ง บ็อบเผาตัวเองและร้องไห้ ทำให้อลิซทำจานหล่น

สล็อต

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ควอนตัมได้สำรวจความหมายของการตระหนักรู้ที่แปลกประหลาด โดยหลักการแล้ว เรื่องราวทั้งสองเวอร์ชันสามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้ กล่าวคือ เหตุการณ์สามารถเกิดขึ้นได้ในลำดับสาเหตุที่ไม่แน่นอน โดยที่ทั้ง “A สาเหตุ B” และ “B สาเหตุ A” เป็นจริงพร้อมกัน
“ฟังดูอุกอาจ” Časlav Bruknerนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเวียนนายอมรับ
ความเป็นไปได้เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์ควอนตัมที่เรียกว่าการทับซ้อน ซึ่งอนุภาคจะรักษาความเป็นจริงที่เป็นไปได้ทั้งหมดไว้พร้อมๆ กันจนกว่าจะมีการวัด ในห้องแล็บในออสเตรีย จีน ออสเตรเลีย และที่อื่นๆ นักฟิสิกส์สังเกตลำดับสาเหตุที่ไม่แน่นอนโดยการวางอนุภาคของแสง (เรียกว่าโฟตอน) ในตำแหน่งทับซ้อนของสองสถานะ จากนั้นพวกเขาก็นำสาขาหนึ่งของ superposition ไปประมวลผล A ตามด้วยกระบวนการ B และกำหนดให้อีกสาขาหนึ่งเป็น B ตามด้วย A ในขั้นตอนนี้ เรียกว่า quantum switch ผลลัพธ์ของ A มีอิทธิพลต่อสิ่งที่เกิดขึ้นใน B และในทางกลับกัน โฟตอนประสบกับคำสั่งเชิงสาเหตุทั้งสองพร้อมกัน
ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา ชุมชนนักฟิสิกส์ควอนตัมที่กำลังเติบโตขึ้นได้ใช้สวิตช์ควอนตัมในการทดลองบนโต๊ะและสำรวจข้อดีที่ลำดับสาเหตุไม่แน่นอนเสนอสำหรับการคำนวณควอนตัมและการสื่อสาร Giulia Rubinoนักวิจัยจาก University of Bristol ซึ่งเป็นผู้นำการสาธิตการทดลองครั้งแรกของสวิตช์ควอนตัมในปี 2017 กล่าวว่า “เป็นสิ่งที่มีประโยชน์ในชีวิตประจำวันจริงๆ”
แต่การใช้งานจริงของปรากฏการณ์นี้ทำให้ผลกระทบเชิงลึกรุนแรงขึ้นเท่านั้น
นักฟิสิกส์รู้สึกมานานแล้วว่าภาพปกติของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นลำดับของเหตุและผลไม่ได้จับธรรมชาติพื้นฐานของสิ่งต่างๆ พวกเขากล่าวว่ามุมมองเชิงสาเหตุนี้อาจจะต้องไปถ้าเราเคยหาต้นกำเนิดควอนตัมของแรงโน้มถ่วง อวกาศ และเวลา แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ยังไม่มีแนวคิดมากมายเกี่ยวกับวิธีการทำงานของฟิสิกส์หลังสาเหตุ “หลายคนคิดว่าเวรกรรมเป็นพื้นฐานในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกว่าถ้าเราทำให้ความคิดนี้อ่อนแอลง เราจะไม่สามารถสร้างทฤษฎีที่สอดคล้องกันและมีความหมายได้” Brukner ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้นำในการศึกษาเรื่องเวรกรรมที่ไม่แน่นอนกล่าว
สิ่งที่เปลี่ยนไปเมื่อนักฟิสิกส์พิจารณาการทดลองสวิตช์ควอนตัมใหม่ เช่นเดียวกับการทดลองทางความคิดที่เกี่ยวข้อง ซึ่งอลิซและบ็อบต้องเผชิญกับความไม่แน่นอนเชิงสาเหตุซึ่งเกิดจากธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงของควอนตัม การบัญชีสำหรับสถานการณ์เหล่านี้ได้บังคับให้นักวิจัยพัฒนารูปแบบทางคณิตศาสตร์และวิธีคิดแบบใหม่ ด้วยกรอบการทำงานที่เกิดขึ้นใหม่ “เราสามารถคาดการณ์ได้โดยไม่ต้องระบุสาเหตุที่ชัดเจน” Brukner กล่าว
สหสัมพันธ์ไม่ใช่เหตุ
ความคืบหน้าได้เติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเร็ว ๆ นี้ แต่ผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากติดตามที่มาของการโจมตีแนวนี้ต่อปัญหาแรงโน้มถ่วงควอนตัมเมื่อ 16 ปีที่แล้วโดยLucien Hardyนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอังกฤษ – แคนาดาที่ Perimeter Institute for Theoretical Physics ในเมืองวอเตอร์ลู ประเทศแคนาดา “ในกรณีของฉัน” Brukner กล่าว “ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยกระดาษของ Lucien Hardy”
ฮาร์ดีเป็นที่รู้จักกันเป็นอย่างดีในขณะนั้นในการใช้แนวทางแนวคิดที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์โด่งดังและนำไปใช้กับกลศาสตร์ควอนตัม
ไอน์สไตน์ปฏิวัติฟิสิกส์โดยไม่ได้คิดเกี่ยวกับสิ่งที่มีอยู่ในโลก แต่ด้วยการพิจารณาสิ่งที่บุคคลสามารถวัดได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เขาจินตนาการถึงผู้คนบนรถไฟที่กำลังเคลื่อนที่ทำการวัดด้วยไม้บรรทัดและนาฬิกา โดยใช้วิธี “ปฏิบัติการ” นี้ เขาสามารถสรุปได้ว่าพื้นที่และเวลาต้องสัมพันธ์กัน
ในปี 2544 ฮาร์ดีใช้แนวทางเดียวกันนี้กับกลศาสตร์ควอนตัม เขาสร้างทฤษฎีควอนตัมขึ้นใหม่ทั้งหมดโดยเริ่มจากสัจพจน์เชิงปฏิบัติห้าประการ
จากนั้นเขาก็ตั้งเป้าหมายที่จะนำไปใช้กับปัญหาที่ใหญ่กว่านั้น นั่นคือปัญหาอายุ 80 ปีของการประนีประนอมกลศาสตร์ควอนตัมและสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ยิ่งใหญ่ของไอน์สไตน์ “ฉันถูกขับเคลื่อนด้วยแนวคิดนี้ว่าบางทีวิธีคิดเชิงปฏิบัติการเกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัมอาจถูกนำไปใช้กับแรงโน้มถ่วงควอนตัม” ฮาร์ดีบอกฉันผ่าน Zoom ในฤดูหนาวนี้
คำถามเกี่ยวกับการปฏิบัติงานคือ: โดยหลักการแล้วในแรงโน้มถ่วงควอนตัมเราสามารถสังเกตอะไรได้บ้าง? ฮาร์ดีนึกถึงข้อเท็จจริงที่ว่ากลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปต่างก็มีคุณลักษณะที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง กลศาสตร์ควอนตัมเป็นสิ่งที่ไม่แน่นอนที่มีชื่อเสียง การซ้อนทับกันทำให้มีความเป็นไปได้พร้อมกัน ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปแสดงให้เห็นว่าพื้นที่และเวลาสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ในทฤษฎีของไอน์สไตน์ วัตถุขนาดมหึมา เช่น โลก ยืด “เมตริก” ของกาลอวกาศ โดยพื้นฐานแล้ว ระยะห่างระหว่างเครื่องหมายแฮชบนไม้บรรทัด และระยะเวลาระหว่างขีดของนาฬิกา ยิ่งคุณอยู่ใกล้วัตถุขนาดใหญ่ เช่น นาฬิกาของคุณจะเดินช้าลง จากนั้น ตัวชี้วัดจะกำหนด “กรวยแสง” ของเหตุการณ์ที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งเป็นขอบเขตของกาลอวกาศที่เหตุการณ์นั้นอาจส่งผลกระทบได้
เมื่อคุณรวมคุณสมบัติที่รุนแรงทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน Hardy กล่าวว่าความเป็นไปได้ของควอนตัมสองแบบพร้อมกันจะขยายเมตริกด้วยวิธีต่างๆ กรวยแสงของเหตุการณ์กลายเป็นไม่แน่นอน – และด้วยเหตุนี้เองเวรกรรมเองก็เช่นกัน
งานส่วนใหญ่เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงควอนตัมจะตัดคุณสมบัติเหล่านี้ออกไป ตัว​อย่าง​เช่น นัก​วิจัย​บาง​คน​พยายาม​อธิบาย​ลักษณะ​ของ​พฤติกรรม​ของ “กราวิตอน” หน่วย​ความ​โน้มถ่วง​ควอนตัม. แต่นักวิจัยมีแรงดึงดูดที่โต้ตอบกับเวลาในพื้นหลังที่ตายตัว “เราเคยชินกับการคิดเกี่ยวกับโลกที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา” ฮาร์ดีกล่าว แม้ว่าเขาให้เหตุผลว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัมนั้นจะสืบทอดคุณลักษณะที่รุนแรงของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอย่างแน่นอนและไม่มีเวลาที่แน่นอนและสาเหตุตายตัว นักฟิสิกส์ผู้เคร่งขรึมและจริงจังกล่าวว่า “แนวคิดก็คือการระมัดระวังลมจริงๆ และยอมรับสถานการณ์ที่เลวร้ายนี้ ซึ่งคุณไม่มีโครงสร้างเชิงสาเหตุที่ชัดเจน”
ในการซูม ฮาร์ดี้ใช้โปรเจ็กเตอร์พิเศษในการถ่ายทำไวท์บอร์ด ซึ่งเขาได้ร่างการทดลองทางความคิดต่างๆ ขึ้น โดยเริ่มจากการทดลองที่ช่วยให้เขาเห็นวิธีการอธิบายข้อมูลทั้งหมดโดยไม่ต้องอ้างอิงถึงลำดับสาเหตุของเหตุการณ์
เขาจินตนาการถึงกลุ่มยานสำรวจที่ลอยอยู่ในอวกาศ พวกเขากำลังรับข้อมูล เช่น บันทึก กล่าวคือ แสงโพลาไรซ์ที่พ่นออกมาจากดาวระเบิดที่อยู่ใกล้ๆ หรือซุปเปอร์โนวา ทุกวินาที โพรบแต่ละตัวจะบันทึกตำแหน่งของมัน การวางแนวของโพลาไรเซอร์ (อุปกรณ์เช่นแว่นกันแดดโพลาไรซ์ที่ปล่อยให้โฟตอนผ่านเข้าไปหรือปิดกั้นมันขึ้นอยู่กับโพลาไรซ์ของมัน) และไม่ว่าเครื่องตรวจจับที่อยู่ด้านหลังโพลาไรเซอร์จะตรวจจับโฟตอนหรือไม่ . โพรบส่งข้อมูลนี้ไปยังชายคนหนึ่งในห้องหนึ่ง ซึ่งพิมพ์ลงบนการ์ด หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง การทดสอบจะสิ้นสุดลง ชายในห้องสับไพ่ทั้งหมดจากโพรบทั้งหมดและสร้างกอง
ฉันได้รับแรงผลักดันจากแนวคิดนี้ว่าบางทีวิธีคิดเชิงปฏิบัติเกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัมอาจถูกนำไปใช้กับแรงโน้มถ่วงควอนตัม
Lucien Hardy

สล็อตออนไลน์

จากนั้นโพรบจะหมุนโพลาไรเซอร์ และสร้างชุดการวัดใหม่ สร้างการ์ดกองใหม่ และทำซ้ำขั้นตอน เพื่อให้ชายในห้องสุดท้ายมีกองการวัดที่ไม่อยู่ในลำดับที่สับเปลี่ยนหลายครั้ง “งานของเขาคือพยายามทำความเข้าใจไพ่บางอย่าง” Hardy กล่าว ชายคนนี้ต้องการสร้างทฤษฎีที่อธิบายความสัมพันธ์ทางสถิติทั้งหมดในข้อมูล (และในลักษณะนี้ อธิบายซูเปอร์โนวา) โดยไม่มีข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับความสัมพันธ์เชิงสาเหตุของข้อมูลหรือลำดับเวลา เนื่องจากสิ่งเหล่านี้อาจไม่ใช่แง่มุมพื้นฐานของความเป็นจริง
ผู้ชายทำแบบนี้ได้ยังไง? ก่อนอื่นเขาสามารถจัดเรียงไพ่ตามสถานที่ แจกไพ่จากแต่ละกองเพื่อให้การ์ดที่เกี่ยวข้องกับยานอวกาศในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งไปอยู่ในกองเดียวกัน การทำเช่นนี้ในแต่ละกอง เขาสามารถเริ่มสังเกตเห็นความสัมพันธ์ระหว่างกอง เขาอาจสังเกตว่าเมื่อใดก็ตามที่มีการตรวจพบโฟตอนในบริเวณหนึ่ง ก็มีความเป็นไปได้สูงในการตรวจจับในอีกภูมิภาคหนึ่ง ตราบใดที่โพลาไรเซอร์ทำมุมในลักษณะเดียวกันในทั้งสองที่ (ความสัมพันธ์เช่นนี้หมายความว่าแสงที่ส่องผ่านบริเวณเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะแบ่งขั้วร่วมกัน) จากนั้นเขาสามารถรวมความน่าจะเป็นเป็นนิพจน์ที่เกี่ยวข้องกับบริเวณประกอบที่ใหญ่ขึ้นได้ และด้วยวิธีนี้ เขาสามารถ “สร้างวัตถุทางคณิตศาสตร์ให้ใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้นได้ ภูมิภาคจากภูมิภาคที่เล็กกว่า” ฮาร์ดีกล่าว
ปกติเราคิดว่าเป็นความสัมพันธ์เชิงสาเหตุ เช่น โฟตอนที่เดินทางจากพื้นที่หนึ่งของท้องฟ้าไปยังอีกพื้นที่หนึ่ง การวัดที่มีความสัมพันธ์ระหว่างการวัดที่เกิดขึ้นในภูมิภาคแรกกับการวัดที่ทำขึ้นภายหลังในภูมิภาคที่สอง — ในรูปแบบพิธีการของ Hardy เช่น การบีบอัดข้อมูล ปริมาณข้อมูลที่จำเป็นในการอธิบายทั้งระบบลดลง เนื่องจากความน่าจะเป็นชุดหนึ่งกำหนดอีกชุดหนึ่ง
Hardy เรียกรูปแบบใหม่ของเขาว่ากรอบแนวคิด “causaloid” โดยที่ causaloid เป็นวัตถุทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการคำนวณความน่าจะเป็นของผลลัพธ์ของการวัดใดๆ ในภูมิภาคใดๆ เขาแนะนำกรอบงานทั่วไปในกระดาษหนา 68 หน้าในปี 2548 ซึ่งแสดงวิธีกำหนดทฤษฎีควอนตัมในกรอบงาน (โดยพื้นฐานแล้วโดยการลดการแสดงออกของความน่าจะเป็นทั่วไปในกรณีเฉพาะของการโต้ตอบควอนตัมบิต)
ฮาร์ดีคิดว่ามันน่าจะเป็นไปได้ที่จะกำหนดทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในเฟรมเวิร์กของคอซาลอยด์ด้วย แต่เขาไม่รู้ว่าจะต้องทำอย่างไร ถ้าเขาสามารถจัดการสิ่งนั้นได้ เขาก็เขียนไว้ในบทความอื่นว่า “กรอบนี้อาจใช้เพื่อสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม”
สวิตช์ควอนตัม
ไม่กี่ปีต่อมา ในเมืองปาเวีย ประเทศอิตาลี นักทฤษฎีข้อมูลควอนตัม Giulio Chiribella และเพื่อนร่วมงานอีกสามคนกำลังครุ่นคิดกับคำถามที่แตกต่างกัน: การคำนวณแบบใดที่เป็นไปได้ พวกเขานึกถึงงานบัญญัติของนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี Alonzo Church คริสตจักรได้พัฒนากฎเกณฑ์ที่เป็นทางการสำหรับฟังก์ชันการสร้าง — เครื่องจักรทางคณิตศาสตร์ที่รับอินพุตและให้ผลลัพธ์ ลักษณะเด่นของหนังสือกฎเกณฑ์ของศาสนจักรคืออินพุตของฟังก์ชันสามารถเป็นฟังก์ชันอื่นได้

jumboslot

นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีทั้งสี่คนถามตัวเอง: โดยทั่วไปแล้วหน้าที่ของฟังก์ชันประเภทใดที่เป็นไปได้ นอกเหนือจากคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถในปัจจุบัน พวกเขาคิดขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับสองหน้าที่คือ A และ B ที่ประกอบเป็นฟังก์ชันใหม่ ฟังก์ชันใหม่นี้ ซึ่งเรียกว่าสวิตช์ควอนตัม เป็นการซ้อนทับของสองตัวเลือก ในสาขาของการทับซ้อนหนึ่ง อินพุตของฟังก์ชันส่งผ่าน A แล้วตามด้วย B ในอีกสาขาหนึ่งผ่าน B แล้วตามด้วย A พวกเขาหวังว่าสวิตช์ควอนตัม “อาจเป็นพื้นฐานของรูปแบบการคำนวณแบบใหม่ โดยได้รับแรงบันดาลใจจาก หนึ่งในคริสตจักร” Chiribella บอกฉัน
ในตอนแรกการปฏิวัติก็ปะทุขึ้น นักฟิสิกส์ไม่สามารถตัดสินใจได้ว่าควอนตัมสวิตซ์นั้นลึกซึ้งหรือไร้สาระ หรือว่ามันเกิดขึ้นได้จริงหรือเป็นเพียงการสมมุติ กระดาษของพวกเขาใช้เวลาสี่ปีในการเผยแพร่
ในที่สุดก็ออกมาในปี 2013 นักวิจัยเริ่มเห็นว่าพวกเขาจะสร้างสวิตช์ควอนตัมได้อย่างไร
ตัวอย่างเช่น พวกเขาอาจยิงโฟตอนไปยังอุปกรณ์ออปติคัลที่เรียกว่าตัวแยกลำแสง ตามกลศาสตร์ควอนตัม โฟตอนมีโอกาส 50-50 ที่จะถูกส่งหรือสะท้อนกลับ ดังนั้นจึงทำทั้งสองอย่าง
โฟตอนรุ่นที่ส่งจะพุ่งเข้าหาอุปกรณ์ออปติคัลที่หมุนทิศทางโพลาไรซ์ของแสงด้วยวิธีที่กำหนดไว้อย่างดี โฟตอนต่อไปจะพบกับอุปกรณ์ที่คล้ายกันซึ่งหมุนไปในทางที่ต่างกัน เรียกอุปกรณ์เหล่านี้ว่า A และ B ตามลำดับ
ในขณะเดียวกัน โฟตอนรุ่นที่สะท้อนกลับพบ B ก่อน จากนั้น A ผลลัพธ์สุดท้ายของโพลาไรซ์ในกรณีนี้แตกต่างกัน
เราสามารถนึกถึงความเป็นไปได้สองประการนี้ — A ก่อน B หรือ B ก่อน A — เป็นลำดับสาเหตุที่ไม่แน่นอน ในสาขาแรก A ทำให้เกิดอิทธิพล B ในแง่ที่ว่าถ้า A ไม่เกิดขึ้น อินพุตและเอาต์พุตของ B จะแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ในทำนองเดียวกัน ในสาขาที่สอง B ทำให้เกิดอิทธิพลต่อ A โดยที่กระบวนการหลังไม่สามารถเกิดขึ้นได้อย่างอื่น
หลังจากเหตุการณ์เชิงสาเหตุทางเลือกเหล่านี้ได้เกิดขึ้น ตัวแยกลำแสงอีกตัวจะรวมโฟตอนทั้งสองรุ่นเข้าด้วยกัน การวัดโพลาไรเซชันของมัน (และโฟตอนอื่นๆ อีกมาก) ให้ผลการแพร่กระจายทางสถิติ
Brukner และผู้ทำงานร่วมกันสองคนได้คิดค้นวิธีทดสอบเชิงปริมาณว่าโฟตอนเหล่านี้กำลังประสบกับลำดับสาเหตุที่ไม่แน่นอนหรือไม่ ในปี 2555 นักวิจัยได้คำนวณเพดานว่าผลโพลาไรซ์มีความสัมพันธ์ทางสถิติกับการหมุนที่ A และ B ได้อย่างไร หากการหมุนเกิดขึ้นในลำดับสาเหตุคงที่ หากค่ามากกว่า “ความไม่เท่าเทียมกันเชิงสาเหตุ” นี้ อิทธิพลเชิงสาเหตุจะต้องไปในทั้งสองทิศทาง ลำดับสาเหตุจะต้องไม่มีกำหนด
“แนวคิดเรื่องความไม่เท่าเทียมกันของสาเหตุนั้นเจ๋งจริง ๆ และผู้คนจำนวนมากตัดสินใจกระโดดลงสนาม” รูบิโนผู้ซึ่งกระโดดเข้ามาในปี 2558 กล่าว เธอและเพื่อนร่วมงานได้สาธิตสถานที่สำคัญของสวิตช์ควอนตัมในปี 2560 ที่ได้ผล ประมาณเหมือนข้างบน โดยใช้การทดสอบที่ง่ายกว่าซึ่งออกแบบโดย Brukner และบริษัท พวกเขายืนยันว่าลำดับสาเหตุไม่มีกำหนด
ความสนใจหันไปหาสิ่งที่สามารถทำได้ด้วยความไม่มีกำหนด Chiribella และผู้เขียนร่วมแย้งว่าสามารถส่งข้อมูลเพิ่มเติมผ่านช่องสัญญาณที่มีเสียงดังเมื่อส่งผ่านช่องสัญญาณในลำดับที่ไม่แน่นอน นักทดลองที่มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์และที่อื่นๆ ได้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบด้านการสื่อสารตั้งแต่นั้นมา

slot

Jian-Wei Pan จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีนในเหอเฟย ได้สาธิตให้เห็นในปี 2019 ว่า ทั้งสองฝ่ายสามารถเปรียบเทียบสตริงที่ยาวของบิตได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อส่งบิตในทั้งสอง ทิศทางในครั้งเดียวมากกว่าในลำดับสาเหตุที่แน่นอน — ข้อได้เปรียบที่เสนอโดย Brukner และผู้เขียนร่วมในปี 2559 กลุ่มอื่นในเหอเฟยรายงานเมื่อเดือนมกราคมว่าในขณะที่เครื่องยนต์มักต้องการอ่างเก็บน้ำร้อนและเย็นเพื่อทำงาน โดยมีสวิตช์ควอนตัม สามารถดึงความร้อนออกจากอ่างเก็บน้ำที่มีอุณหภูมิเท่ากันได้ ซึ่งเป็นการใช้งานที่น่าประหลาดใจเมื่อปีก่อนโดยนักทฤษฎีของอ็อกซ์ฟอร์ด

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on Quantum Mischief เขียนกฎแห่งเหตุและผลใหม่

อัลกอริทึมควอนตัมต่อสู้กับศัตรูเก่า: คอมพิวเตอร์ที่ฉลาด

อัลกอริทึมควอนตัมต่อสู้กับศัตรูเก่า: คอมพิวเตอร์ที่ฉลาด

jumbo jili

ความเข้าใจผิดที่เป็นที่นิยมคือศักยภาพและขีดจำกัดของการคำนวณควอนตัมต้องมาจากฮาร์ดแวร์ ในยุคดิจิทัล เราเคยชินกับการทำเครื่องหมายความก้าวหน้าของความเร็วสัญญาณนาฬิกาและหน่วยความจำ ในทำนองเดียวกัน เครื่องควอนตัมขนาด 50 บิตที่กำลังออนไลน์อยู่ในขณะนี้จาก Intel และ IBM ได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับการคาดการณ์ว่าเรากำลังเข้าใกล้ “อำนาจสูงสุดของควอนตัม”ซึ่งเป็นพรมแดนที่คลุมเครือซึ่งคอมพิวเตอร์ควอนตัมเริ่มทำสิ่งต่าง ๆ เกินกว่าความสามารถของเครื่องจักรแบบคลาสสิก

สล็อต

แต่อำนาจสูงสุดของควอนตัมไม่ใช่เพียงชัยชนะเดียวที่รอการแสวงหา — Rubicon กว้างๆ ที่ต้องข้าม — แต่เป็นชุดการดวลเล็ก ๆ ที่ดึงออกมา มันจะสร้างปัญหาโดยปัญหา อัลกอริธึมควอนตัมกับอัลกอริธึมแบบคลาสสิก Michael Bremnerนักทฤษฎีควอนตัมจาก University of Technology Sydney กล่าวว่า “สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ความก้าวหน้าไม่ได้เกี่ยวกับความเร็วเท่านั้น “มันเกี่ยวกับความซับซ้อนของอัลกอริทึมมากกว่ามาก”
รายงานของการคำนวณควอนตัมที่มีประสิทธิภาพกำลังกระตุ้นให้มีการปรับปรุงให้ดีขึ้นกว่าเดิม ทำให้เครื่องจักรควอนตัมได้เปรียบได้ยากขึ้น Cristian Caludeนักคณิตศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยโอ๊คแลนด์ในนิวซีแลนด์กล่าวว่า “ส่วนใหญ่เวลาที่ผู้คนพูดถึงการคำนวณแบบควอนตัม “แต่นั่นไม่ใช่กรณี นี่คือการแข่งขันอย่างต่อเนื่อง”
และเสาประตูกำลังขยับ John Preskillนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจาก California Institute of Technology กล่าวว่า “เมื่อพูดถึงขีดจำกัดสูงสุด มันขึ้นอยู่กับว่าอัลกอริธึมคลาสสิกที่ดีที่สุดนั้นดีแค่ไหน “เมื่อพวกเขาดีขึ้น เราต้องย้ายขอบเขตนั้น”
‘มันดูไม่ง่ายเลย’
ก่อนที่ความฝันของคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเป็นรูปเป็นร่างขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ยอมรับว่าการคำนวณแบบคลาสสิกนั้นมีอยู่ทั้งหมด ผู้บุกเบิกภาคสนามได้โต้แย้งอย่างน่าเชื่อถือว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก – เป็นตัวอย่างที่ดีของสิ่งที่เป็นนามธรรมทางคณิตศาสตร์ที่รู้จักกันในชื่อเครื่องทัวริง – ควรจะสามารถคำนวณทุกอย่างที่คำนวณได้ในจักรวาลทางกายภาพตั้งแต่เลขคณิตพื้นฐานไปจนถึงการซื้อขายหุ้นจนถึงการชนกันของหลุมดำ
เครื่องคลาสสิกไม่จำเป็นต้องทำการคำนวณทั้งหมดเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพแม้ว่า สมมติว่าคุณต้องการทำความเข้าใจบางอย่าง เช่น พฤติกรรมทางเคมีของโมเลกุล พฤติกรรมนี้ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในโมเลกุล ซึ่งมีอยู่ในการทับซ้อนของสถานะคลาสสิกจำนวนมาก ทำให้สิ่งต่างๆ ยุ่งเหยิงมากขึ้น สถานะควอนตัมของอิเล็กตรอนแต่ละตัวขึ้นอยู่กับสถานะของอิเล็กตรอนอื่น ๆ ทั้งหมด เนื่องจากปรากฏการณ์ทางกลควอนตัมที่เรียกว่าการพัวพัน การคำนวณสภาพที่พันกันแบบคลาสสิกในโมเลกุลที่เรียบง่ายมาก ๆ อาจกลายเป็นฝันร้ายของความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ
ในทางตรงกันข้าม คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจัดการกับชะตากรรมที่พันกันของอิเล็กตรอนภายใต้การศึกษาโดยการซ้อนและพันควอนตัมบิตของตัวเอง ซึ่งช่วยให้คอมพิวเตอร์สามารถประมวลผลข้อมูลจำนวนมากเป็นพิเศษได้ แต่ละ qubit เดียวที่คุณเพิ่มจะเพิ่มสถานะเป็นสองเท่าที่ระบบสามารถจัดเก็บได้พร้อมกัน: สอง qubits สามารถจัดเก็บได้สี่สถานะ สาม qubits สามารถจัดเก็บได้แปดสถานะ และอื่นๆ ดังนั้น คุณอาจต้องใช้ qubits ที่พันกันเพียง 50 ตัวเพื่อสร้างแบบจำลองสถานะควอนตัมที่ต้องใช้บิตคลาสสิกจำนวนมากแบบทวีคูณ – 1.125 พันล้านล้านเพื่อให้ถูกต้องแม่นยำในการเข้ารหัส
เครื่องควอนตัมสามารถทำให้ปัญหายากลำบากแบบคลาสสิกในการจำลองระบบควอนตัมกลขนาดใหญ่ที่สามารถติดตามได้หรือปรากฏขึ้น “ธรรมชาติไม่ใช่เรื่องคลาสสิก บ้าจริง และถ้าคุณต้องการสร้างแบบจำลองของธรรมชาติ คุณควรทำให้มันเป็นกลศาสตร์ควอนตัม” Richard Feynman นักฟิสิกส์ชื่อดังเคยพูดติดตลกในปี 1981 “และด้วยความโง่เขลา มันเป็นปัญหาที่วิเศษมาก เพราะมัน ดูไม่ง่ายเลย”
แน่นอนว่ามันไม่ใช่
แม้กระทั่งก่อนที่ทุกคนจะเริ่มซ่อมแซมฮาร์ดแวร์ควอนตัม นักทฤษฎีก็ยังพยายามหาซอฟต์แวร์ที่เหมาะสม ในช่วงแรก Feynman และDavid Deutschนักฟิสิกส์จาก University of Oxford ได้เรียนรู้ว่าพวกเขาสามารถควบคุมข้อมูลควอนตัมด้วยการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่ยืมมาจากพีชคณิตเชิงเส้นซึ่งพวกเขาเรียกว่าเกท คล้ายกับลอจิกเกทแบบคลาสสิก ประตูควอนตัมจัดการกับคิวบิตในทุกรูปแบบ โดยนำพวกมันไปสู่การซ้อนทับและการพัวพันอย่างต่อเนื่อง จากนั้นจึงวัดเอาต์พุต โดยการผสมและจับคู่เกทเพื่อสร้างวงจร นักทฤษฎีสามารถประกอบอัลกอริธึมควอนตัมได้อย่างง่ายดาย
ลกอริธึมการคิดที่ให้ประโยชน์ในการคำนวณที่ชัดเจนนั้นยากขึ้น ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 นักคณิตศาสตร์ได้ผู้สมัครที่ดีเพียงไม่กี่คน ที่โด่งดังที่สุดในปี 1994 พนักงานหนุ่มที่ Bell Laboratories ชื่อPeter Shor ได้เสนออัลกอริทึมควอนตัมที่แยกตัวประกอบจำนวนเต็มแบบทวีคูณได้เร็วกว่าอัลกอริธึมแบบคลาสสิกที่รู้จัก ซึ่งเป็นประสิทธิภาพที่สามารถถอดรหัสรูปแบบการเข้ารหัสที่ได้รับความนิยมจำนวนมากได้ อีกสองปีต่อมา Lov Grover ซึ่งเป็นเพื่อนร่วมงานของ Bell Labs ของ Shor ได้คิดค้นอัลกอริทึมที่เร่งความเร็วกระบวนการค้นหาที่น่าเบื่อแบบคลาสสิกผ่านฐานข้อมูลที่ไม่ได้เรียงลำดับ Richard Jozsa .กล่าวว่า “มีหลายตัวอย่างที่บ่งชี้ว่าพลังคอมพิวเตอร์ควอนตัมควรมากกว่าแบบคลาสสิก”นักวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
แต่ Jozsa พร้อมด้วยนักวิจัยคนอื่นๆ จะค้นพบตัวอย่างมากมายที่บ่งชี้ถึงสิ่งที่ตรงกันข้าม Jozsa กล่าวว่า “ปรากฎว่ากระบวนการควอนตัมที่สวยงามจำนวนมากดูเหมือนจะซับซ้อน” ดังนั้นจึงยากที่จะจำลองบนคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก “แต่ด้วยเทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่ฉลาดและละเอียดอ่อน คุณสามารถคิดออกว่าพวกเขาจะทำอะไร” เขาและเพื่อนร่วมงานพบว่าพวกเขาสามารถใช้เทคนิคเหล่านี้เพื่อจำลองหรือ “ลดปริมาณ” ได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างที่ Calude กล่าว ซึ่งเป็นจำนวนวงจรควอนตัมที่น่าประหลาดใจ ตัวอย่างเช่น วงจรที่ละเว้นสิ่งพัวพันจะตกอยู่ในกับดักนี้ เช่นเดียวกับวงจรที่เข้าไปพัวพันกับ qubits ในจำนวนที่จำกัด หรือใช้เฉพาะบางประเภทของประตูที่พันกัน
อะไรที่รับประกันได้ว่าอัลกอริธึมอย่าง Shor นั้นทรงพลังเป็นพิเศษ? “นั่นเป็นคำถามที่เปิดกว้างมาก” Jozsa กล่าว “เราไม่เคยประสบความสำเร็จในการทำความเข้าใจว่าทำไม [อัลกอริทึม] บางตัวจึงจำลองแบบคลาสสิกได้ง่ายและบางแบบก็ไม่เป็นเช่นนั้น เห็นได้ชัดว่าการพัวพันเป็นสิ่งสำคัญ แต่มันไม่ใช่จุดจบของเรื่อง” ผู้เชี่ยวชาญเริ่มสงสัยว่าอัลกอริธึมควอนตัมจำนวนมากที่พวกเขาเชื่อว่าเหนือกว่าอาจกลายเป็นเรื่องธรรมดาเท่านั้น

สล็อตออนไลน์

การต่อสู้สุ่มตัวอย่าง
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ การแสวงหาพลังควอนตัมส่วนใหญ่เป็นนามธรรม Jozsa กล่าวว่า “เราไม่ได้กังวลมากกับการใช้อัลกอริทึมของเรา เพราะไม่มีใครเชื่อว่าในอนาคตอันสมเหตุสมผล เราจะมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมให้ทำ” การรันอัลกอริธึมของ Shor สำหรับจำนวนเต็มที่มีขนาดใหญ่พอที่จะปลดล็อกคีย์การเข้ารหัสแบบมาตรฐาน 128 บิต จะต้องใช้ qubits หลายพันตัว และอาจต้องใช้อีกหลายพันตัวเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาด ขณะที่ผู้ทดลองกำลังงุ่มง่ามขณะพยายามควบคุมมากกว่าหนึ่งกำมือ
แต่ภายในปี 2011 สิ่งต่าง ๆ เริ่มที่จะค้นหา ในฤดูใบไม้ร่วงที่การประชุมในกรุงบรัสเซลส์Preskill คาดการณ์ว่า “วันที่ระบบควอนตัมที่มีการควบคุมอย่างดีสามารถทำงานที่เหนือกว่าสิ่งที่สามารถทำได้ในโลกคลาสสิก” อาจอยู่ไม่ไกล เขากล่าวว่าผลการตรวจทางห้องปฏิบัติการล่าสุดอาจนำไปสู่เครื่องควอนตัมตามลำดับที่ 100 คิวบิต การทำให้พวกเขาดึงผลงาน “สุดยอดคลาสสิก” ออกมาอาจไม่ได้เป็นปัญหา (แม้ว่าโปรเซสเซอร์ควอนตัมเชิงพาณิชย์ของ D-Wave Systems จะสามารถต่อสู้กับ 128 qubits และตอนนี้มีมากกว่า 2,000 ตัว แต่ก็จัดการเฉพาะปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพเฉพาะ ผู้เชี่ยวชาญหลายคนสงสัยว่าพวกเขาสามารถทำงานได้ดีกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิก)
“ฉันแค่พยายามเน้นว่าเราเข้าใกล้กันมากขึ้น – เพื่อที่ในที่สุดเราอาจบรรลุเป้าหมายที่แท้จริงในอารยธรรมมนุษย์ที่เทคโนโลยีควอนตัมกลายเป็นเทคโนโลยีสารสนเทศที่ทรงพลังที่สุดที่เรามี” Preskill กล่าว เขาเรียกเหตุการณ์สำคัญนี้ว่า “อำนาจสูงสุดของควอนตัม” ชื่อ – และการมองโลกในแง่ดี – ติดอยู่ “มันหายไปในขอบเขตที่ฉันไม่สงสัย”
ฉวัดเฉวียนเกี่ยวกับควอนตัมอำนาจสูงสุดสะท้อนให้เห็นถึงความตื่นเต้นที่กำลังเติบโตในสนาม – มากกว่าความคืบหน้าการทดลองใช่ แต่บางทีอาจจะมากขึ้นดังนั้นกว่าชุดของนวัตกรรมทางทฤษฎีที่เริ่มต้นด้วยกระดาษ 2004โดย IBM ฟิสิกส์บาร์บาร่า Terhalและเดวิด DiVincenzo ในความพยายามที่จะเข้าใจสินทรัพย์ควอนตัม ทั้งคู่ได้หันความสนใจไปที่ปริศนาควอนตัมพื้นฐานที่เรียกว่าปัญหาการสุ่มตัวอย่าง ในเวลา ปัญหากลุ่มนี้จะกลายเป็นความหวังที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของนักทดลองในการแสดงให้เห็นถึงการเร่งความเร็วที่แจ่มชัดบนเครื่องควอนตัมยุคแรก
ปัญหาในการสุ่มตัวอย่างใช้ประโยชน์จากธรรมชาติของข้อมูลควอนตัมที่เข้าใจยาก สมมติว่าคุณใช้ลำดับของเกทกับ 100 qubits วงจรนี้อาจแส้ qubits ให้กลายเป็นสิ่งมหัศจรรย์ทางคณิตศาสตร์ที่เทียบเท่ากับบางสิ่งบางอย่างตามลำดับของ 2 100บิตคลาสสิก แต่เมื่อคุณวัดระบบ ความซับซ้อนของระบบจะยุบลงเหลือเพียง 100 บิตเท่านั้น ระบบจะแยกสตริงหรือตัวอย่างออกโดยมีความน่าจะเป็นที่กำหนดโดยวงจรของคุณ
ในปัญหาการสุ่มตัวอย่าง เป้าหมายคือการผลิตชุดตัวอย่างที่ดูเหมือนมาจากวงจรนี้ มันเหมือนกับการโยนเหรียญซ้ำๆ เพื่อแสดงว่า (โดยเฉลี่ย) จะออกหัว 50 เปอร์เซ็นต์ และก้อย 50 เปอร์เซ็นต์ ยกเว้นที่นี่ ผลลัพธ์ของการ “โยน” แต่ละครั้งไม่ใช่ค่าเดียว — หัวหรือก้อย — เป็นสตริงของค่าต่างๆ มากมาย ซึ่งแต่ละค่าอาจได้รับอิทธิพลจากค่าอื่นๆ บางส่วน (หรือทั้งหมด)

jumboslot

สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ได้รับการฝึกฝนมาอย่างดี แบบฝึกหัดนี้ไม่ต้องคิดมาก เป็นสิ่งที่ทำโดยธรรมชาติ ในทางกลับกัน คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกดูเหมือนจะมีช่วงเวลาที่ยากลำบากกว่า ในสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุด พวกเขาต้องทำงานที่เทอะทะของการคำนวณความน่าจะเป็นสำหรับสตริงเอาต์พุตที่เป็นไปได้ทั้งหมด – ทั้งหมด 2 100 รายการ – แล้วสุ่มเลือกตัวอย่างจากการแจกแจงนั้น Ashley Montanaroผู้เชี่ยวชาญด้านควอนตัมอัลกอริธึมจาก University of Bristol กล่าวว่า “ผู้คนมักคาดเดากันว่าเป็นกรณีนี้” โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวงจรควอนตัมที่ซับซ้อนมาก
Terhal และ DiVincenzo แสดงให้เห็นว่าแม้แต่วงจรควอนตัมธรรมดาบางวงจรก็ยังยากที่จะสุ่มตัวอย่างด้วยวิธีคลาสสิก จึงมีการกำหนดแถบ หากผู้ทดลองสามารถใช้ระบบควอนตัมเพื่อคายตัวอย่างเหล่านี้ออกมาได้ พวกเขาก็มีเหตุผลที่ดีที่จะเชื่อว่าพวกเขาได้ทำสิ่งที่ไม่มีใครเทียบได้แบบคลาสสิก
ไม่ช้านักทฤษฎีก็ขยายแนวความคิดนี้เพื่อรวมปัญหาการสุ่มตัวอย่างประเภทอื่นๆ หนึ่งในข้อเสนอที่มีแนวโน้มมากที่สุดมาจากScott Aaronsonนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ และนักศึกษาปริญญาเอกของเขา Alex Arkhipov ในงานที่โพสต์บนไซต์ preprint ทางวิทยาศาสตร์ arxiv.org ในปี 2010พวกเขาอธิบายเครื่องควอนตัมที่ส่งโฟตอนผ่านวงจรออปติคัล ซึ่งจะเลื่อนและแยกแสงด้วยวิธีกลควอนตัม ดังนั้นจึงสร้างรูปแบบเอาต์พุตที่มีความน่าจะเป็นเฉพาะ การทำซ้ำรูปแบบเหล่านี้กลายเป็นที่รู้จักในนามการสุ่มตัวอย่างโบซอน Aaronson และ Arkhipov ให้เหตุผลว่าการสุ่มตัวอย่างโบซอนจะเริ่มเครียดทรัพยากรแบบคลาสสิกที่ประมาณ 30 โฟตอน ซึ่งเป็นเป้าหมายการทดลองที่น่าเชื่อถือ

slot

สิ่งล่อใจในทำนองเดียวกันคือการคำนวณที่เรียกว่าพหุนามควอนตัมทันทีหรือ IQP วงจร วงจร IQP มีประตูที่ทุกการเดินทาง ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถดำเนินการในลำดับใดก็ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนผลลัพธ์ – ในลักษณะเดียวกัน 2 + 5 = 5 + 2 คุณภาพนี้ทำให้วงจร IQP เป็นที่ชื่นชอบทางคณิตศาสตร์ “เราเริ่มศึกษาพวกมันเพราะวิเคราะห์ง่ายกว่า” เบรมเนอร์กล่าว แต่เขาพบว่าพวกเขามีคุณธรรมอื่น ในงานที่เริ่มต้นในปี 2010และจบลงในบทความปี 2016กับ Montanaro และ Dan Shepherd ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ National Cyber ​​Security Center ในสหราชอาณาจักร Bremner อธิบายว่าเหตุใดวงจร IQP จึงทรงพลังอย่างยิ่ง: แม้แต่กับระบบจริงหลายร้อยตัว หรือแม้แต่บางที หลายสิบของ qubits การสุ่มตัวอย่างจะกลายเป็นปัญหาที่มีหนามแบบคลาสสิกอย่างรวดเร็ว
โดย 2016 ตัวอย่าง boson ที่ยังไม่ได้ขยายเกิน6 โฟตอน อย่างไรก็ตาม ทีมงานของ Google และ IBM ต่างก็ใช้ชิปเกือบ 50 qubits; ในเดือนสิงหาคม Google ได้โพสต์ร่างเอกสารอย่างเงียบ ๆวางแผนที่ถนนเพื่อแสดงให้เห็นถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัมบนอุปกรณ์ “ระยะใกล้” เหล่านี้

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on อัลกอริทึมควอนตัมต่อสู้กับศัตรูเก่า: คอมพิวเตอร์ที่ฉลาด

นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาแก้ปัญหาการตรวจสอบควอนตัม

นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาแก้ปัญหาการตรวจสอบควอนตัม

jumbo jili

ในฤดูใบไม้ผลิปี 2017 Urmila Mahadev พบว่าตัวเองอยู่ในตำแหน่งที่นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาส่วนใหญ่จะพิจารณาว่าเป็นตำแหน่งที่ค่อนข้างน่ารัก เธอเพิ่งแก้ปัญหาสำคัญๆ ในการคำนวณควอนตัม ซึ่งเป็นการศึกษาคอมพิวเตอร์ที่ได้รับพลังจากกฎแปลกๆ ของฟิสิกส์ควอนตัม สกอตต์ แอรอนสันนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยเท็กซัส ออสตินเมื่อรวมกับเอกสารฉบับก่อนๆ ของเธอ ผลลัพธ์ใหม่ของมาฮาเดฟเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่าการคำนวณแบบตาบอด ทำให้ “ชัดเจนว่าเธอเป็นดาวรุ่งพุ่งแรง”

สล็อต

Mahadev ซึ่งอายุ 28 ปีในขณะนั้นอยู่ในชั้นปีที่เจ็ดของการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ University of California, Berkeley – ผ่านขั้นตอนที่นักเรียนส่วนใหญ่หมดความอดทนที่จะสำเร็จการศึกษา ในที่สุดเธอก็ได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตที่สวยงามมาก วิทยานิพนธ์” Umesh Vaziraniที่ปรึกษาระดับปริญญาเอกของเธอที่ Berkeley กล่าว
แต่มหาเทพไม่จบการศึกษาในปีนั้น เธอไม่ได้คิดที่จะสำเร็จการศึกษาด้วยซ้ำ เธอยังไม่เสร็จ
เป็นเวลากว่าห้าปีแล้วที่เธอมีปัญหาในการค้นคว้าวิจัยที่แตกต่างออกไป ซึ่ง Aaronson เรียกว่า “หนึ่งในคำถามพื้นฐานที่สุดที่คุณสามารถถามได้ในการคำนวณควอนตัม” กล่าวคือ: หากคุณขอให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำการคำนวณให้คุณ คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าคอมพิวเตอร์นั้นปฏิบัติตามคำแนะนำของคุณจริงๆ หรือแม้แต่ทำสิ่งใดๆ เกี่ยวกับควอนตัมเลย
คำถามนี้อาจไกลจากวิชาการในไม่ช้า ก่อนที่เวลาจะผ่านไปหลายปีนัก นักวิจัยหวังว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจสามารถเสนอการเร่งความเร็วแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลสำหรับปัญหาต่างๆ ได้ ตั้งแต่การสร้างแบบจำลองพฤติกรรมรอบหลุมดำไปจนถึงการจำลองว่าโปรตีนขนาดใหญ่พับขึ้นได้อย่างไร
คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมาก แต่ก็เป็นความลับมากเช่นกัน
Umesh Vazirani, University of California, Berkeley
แต่เมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณได้ แต่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกไม่สามารถทำได้ เราจะรู้ได้อย่างไรว่าคอมพิวเตอร์นั้นทำอย่างถูกต้องหรือไม่ หากคุณไม่ไว้วางใจคอมพิวเตอร์ทั่วไป ในทางทฤษฎี คุณสามารถพินิจพิเคราะห์ทุกขั้นตอนของการคำนวณด้วยตนเองได้ แต่ระบบควอนตัมมีความทนทานต่อการตรวจสอบประเภทนี้โดยพื้นฐาน ประการหนึ่ง การทำงานภายในของพวกเขาซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ: การเขียนคำอธิบายเกี่ยวกับสถานะภายในของคอมพิวเตอร์ที่มีควอนตัมบิต (หรือ “qubits”) เพียงไม่กี่ร้อยบิตจะต้องใช้ฮาร์ดไดรฟ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าจักรวาลที่มองเห็นได้ทั้งหมด
และแม้ว่าคุณจะมีพื้นที่เพียงพอที่จะเขียนคำอธิบายนี้ แต่ก็ไม่มีทางเข้าใจได้ สถานะภายในของคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยทั่วไปแล้วเป็นการทับซ้อนของสถานะ “คลาสสิก” ที่ไม่ใช่ควอนตัมที่แตกต่างกันมากมาย (เช่นแมวของชโรดิงเงอร์ ซึ่งตายและมีชีวิตอยู่พร้อมๆ กัน) แต่ทันทีที่คุณวัดสถานะควอนตัม มันจะยุบเป็นสถานะคลาสสิกเพียงสถานะเดียว มองเข้าไปในคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาด 300 บิต และโดยพื้นฐานแล้วคุณจะเห็นเพียง 300 บิตคลาสสิก — เลขศูนย์และอีกตัว — ยิ้มอย่างสุภาพใส่คุณ
“คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมาก แต่ก็เป็นความลับด้วยเช่นกัน” Vazirani กล่าว
ด้วยข้อจำกัดเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์สงสัยมานานแล้วว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะให้การรับประกันที่รัดกุมว่าได้ทำในสิ่งที่อ้างสิทธิ์แล้วจริงๆ “ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโลกควอนตัมและโลกคลาสสิกนั้นแข็งแกร่งเพียงพอหรือไม่ที่จะทำให้เกิดบทสนทนาได้” ถามDorit Aharonovนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งเยรูซาเล็ม
ในช่วงปีที่สองของการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Mahadev รู้สึกทึ่งกับปัญหานี้ ด้วยเหตุผลที่แม้แต่เธอก็ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ ในปีต่อๆ มา เธอได้ลองวิธีหนึ่งแล้วครั้งเล่า “ฉันมีช่วงเวลามากมายที่ฉันคิดว่าฉันกำลังทำสิ่งที่ถูกต้อง แล้วมันก็พังทลาย ไม่ว่าจะเร็วมากหรือหลังจากผ่านไปหนึ่งปี” เธอกล่าว
แต่เธอปฏิเสธที่จะยอมแพ้ Mahadev แสดงระดับความมุ่งมั่นอย่างต่อเนื่องที่ Vazirani ไม่เคยเห็นที่ตรงกัน “Urmila นั้นไม่ธรรมดาในแง่นี้” เขากล่าว
ตอนนี้ หลังจากแปดปีของบัณฑิตวิทยาลัย Mahadev ก็ประสบความสำเร็จ เธอได้คิดค้นโปรโตคอลแบบโต้ตอบซึ่งผู้ใช้ที่ไม่มีพลังควอนตัมของตนเองสามารถใช้การเข้ารหัสเพื่อใส่สายรัดบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมและขับได้ทุกที่ที่ต้องการ ด้วยความมั่นใจว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะปฏิบัติตามคำสั่งของพวกเขา วิธีการของ Mahadev Vazirani กล่าวว่าให้ผู้ใช้ “ใช้ประโยชน์จากคอมพิวเตอร์เพียงแค่ไม่สามารถสลัดออกได้”
สำหรับนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่จะบรรลุผลเช่นความพยายามเดี่ยวคือ “ค่อนข้างน่าประหลาดใจ” Aaronson กล่าว
Mahadev ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตที่ Berkeley ได้นำเสนอโปรโตคอลของเธอเมื่อวานนี้ที่งานSymposium on Foundations of Computer Scienceซึ่งเป็นหนึ่งในการประชุมที่ใหญ่ที่สุดของวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี ซึ่งจัดขึ้นในปีนี้ที่ปารีส ผลงานของเธอได้รับรางวัล “กระดาษดีที่สุด” และรางวัล “กระดาษนักเรียนยอดเยี่ยม” จากการประชุม ซึ่งเป็นเกียรติที่หาได้ยากสำหรับนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี
ในบล็อกโพสต์ , โทมัส Vidick , นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียที่ได้ร่วมมือกับ Mahadev ในอดีตที่ผ่านมาเรียกเธอว่าส่งผลให้“หนึ่งในความคิดที่โดดเด่นมากที่สุดที่จะได้เกิดที่อินเตอร์เฟซของควอนตัมคอมพิวเตอร์และวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ทฤษฎีใน ปีที่ผ่านมา”
นักวิจัยด้านการคำนวณควอนตัมรู้สึกตื่นเต้นไม่เพียงแค่ว่าโปรโตคอลของ Mahadev บรรลุผลได้อย่างไร แต่ยังรวมถึงแนวทางใหม่สุดขั้วที่เธอนำมาเพื่อรับมือกับปัญหาอีกด้วย การใช้การเข้ารหัสแบบคลาสสิกในอาณาจักรควอนตัมเป็น “แนวคิดที่แปลกใหม่อย่างแท้จริง” Vidick เขียน “ฉันคาดหวังผลลัพธ์อีกมากมายที่จะสานต่อแนวคิดเหล่านี้”
ถนนยาว
เติบโตในครอบครัวแพทย์ในลอสแองเจลิส มาฮาเดฟเข้าเรียนที่มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย ซึ่งเธอเดินทางจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในตอนแรกเชื่อว่าเธอไม่ต้องการเป็นหมอด้วยตัวเอง จากนั้นชั้นเรียนที่สอนโดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ Leonard Adleman หนึ่งในผู้สร้างอัลกอริธึมการเข้ารหัส RSA ที่มีชื่อเสียง ทำให้เธอตื่นเต้นกับวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี เธอสมัครเข้าเรียนที่ Berkeley โดยอธิบายในใบสมัครของเธอว่าเธอสนใจในทุกด้านของวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี ยกเว้นการคำนวณควอนตัม
“มันฟังดูเหมือนของแปลกที่สุด สิ่งที่ฉันรู้น้อยที่สุด” เธอกล่าว

สล็อตออนไลน์

แต่เมื่อเธออยู่ที่ Berkeley คำอธิบายที่เข้าถึงได้ของ Vazirani ก็เปลี่ยนใจในไม่ช้า เขาแนะนำให้เธอรู้จักกับคำถามในการหาโปรโตคอลสำหรับตรวจสอบการคำนวณควอนตัม และปัญหา “จุดประกายจินตนาการของเธอขึ้นมาจริงๆ” วาซิรานีกล่าว
“โปรโตคอลก็เหมือนปริศนา” Mahadev อธิบาย “สำหรับฉัน ดูเหมือนง่ายกว่าที่จะตอบคำถามอื่นๆ เพราะคุณสามารถเริ่มคิดเกี่ยวกับโปรโตคอลเองทันทีแล้วทำลายมัน และนั่นจะทำให้คุณเห็นว่าพวกมันทำงานอย่างไร” เธอเลือกปัญหาสำหรับการวิจัยระดับปริญญาเอกของเธอ โดยเริ่มต้นในสิ่งที่ Vazirani เรียกว่า “ถนนที่ยาวมาก”
หากคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถทำได้ ไม่ได้หมายความว่าจะตรวจสอบวิธีแก้ปัญหาโดยอัตโนมัติได้ยาก ยกตัวอย่างเช่น ปัญหาของการแยกตัวประกอบจำนวนมาก ซึ่งเป็นงานที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่คิดว่าเป็นงานที่เกินเอื้อมของคอมพิวเตอร์คลาสสิกทุกเครื่อง แม้ว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกจะแยกตัวประกอบตัวเลขไม่ได้ แต่ก็สามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายว่าการแยกตัวประกอบของคอมพิวเตอร์ควอนตัมนั้นถูกต้องหรือไม่ เพียงแค่ต้องคูณปัจจัยเข้าด้วยกันและดูว่าพวกมันให้คำตอบที่ถูกต้องหรือไม่
ทว่านักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชื่อว่า (และได้ดำเนินการขั้นตอนหนึ่งในการพิสูจน์เมื่อเร็วๆ นี้ ) ว่าปัญหาหลายอย่างที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ไขได้นั้นไม่มีคุณลักษณะนี้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่เพียงแต่ไม่สามารถแก้ไขได้ แต่ยังไม่สามารถรับรู้ได้ว่าโซลูชันที่เสนอนั้นถูกต้องหรือไม่ ด้วยเหตุนี้ ราวๆ ปี 2547 Daniel Gottesmanนักฟิสิกส์จากสถาบัน Perimeter Institute for Theoretical Physics ในเมืองวอเตอร์ลู รัฐออนแทรีโอ ได้ตั้งคำถามว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะคิดโปรโตคอลใดๆ ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่ใช่ ผู้สังเกตการณ์ควอนตัมได้ทำสิ่งที่อ้างสิทธิ์แล้วจริงๆ
ภายในสี่ปี นักวิจัยการคำนวณควอนตัมได้คำตอบบางส่วน เป็นไปได้ สองทีมที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็น สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อพิสูจน์การคำนวณ ไม่ใช่เพื่อผู้ตรวจสอบแบบคลาสสิกล้วนๆ แต่สำหรับผู้ตรวจสอบที่เข้าถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดเล็กมากของเธอเอง นักวิจัยได้ปรับปรุงวิธีการนี้ในภายหลังเพื่อแสดงให้เห็นว่าความต้องการผู้ตรวจสอบทั้งหมดคือความสามารถในการวัด qubit เดียวในแต่ละครั้ง
และในปี 2555 ทีมนักวิจัยซึ่งรวมถึงวาซิรานีได้แสดงให้เห็นว่าผู้ตรวจสอบแบบคลาสสิกอย่างสมบูรณ์สามารถตรวจสอบการคำนวณควอนตัมได้หากดำเนินการโดยคอมพิวเตอร์ควอนตัมคู่หนึ่งที่ไม่สามารถสื่อสารกันได้ แต่แนวทางของกระดาษนั้นถูกปรับให้เข้ากับสถานการณ์เฉพาะนี้ และปัญหาก็ดูเหมือนจะมาถึงทางตันแล้ว Gottesman กล่าว “ฉันคิดว่าคงมีคนที่คิดว่าคุณไปต่อไม่ได้แล้ว”
ในช่วงเวลานี้เองที่ Mahadev พบปัญหาการตรวจสอบ ในตอนแรก เธอพยายามสร้างผลลัพธ์ที่ “ไม่มีเงื่อนไข” ซึ่งไม่ได้ตั้งสมมติฐานว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำได้หรือไม่สามารถทำได้ แต่หลังจากที่เธอทำงานเกี่ยวกับปัญหามาระยะหนึ่งแล้วโดยไม่มีความคืบหน้า Vazirani เสนอให้แทนที่จะใช้การเข้ารหัสแบบ “หลังควอนตัม” นั่นคือการเข้ารหัสที่นักวิจัยเชื่อว่าเกินความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่จะทำลายแม้ว่าพวกเขาจะ ไม่ทราบแน่ชัด (วิธีการเช่นอัลกอริธึม RSA ที่ใช้ในการเข้ารหัสสิ่งต่าง ๆ เช่นธุรกรรมออนไลน์ไม่ใช่หลังควอนตัม — คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่สามารถทำลายได้ เนื่องจากความปลอดภัยขึ้นอยู่กับความแข็งของแฟคตอริ่งจำนวนมาก)

jumboslot

ในปี 2016 ขณะทำงานเกี่ยวกับปัญหาอื่น Mahadev และ Vazirani ได้ดำเนินการล่วงหน้าซึ่งจะพิสูจน์ให้เห็นถึงความสำคัญในภายหลัง ด้วยความร่วมมือกับPaul Christianoนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่ OpenAI ซึ่งเป็นบริษัทในซานฟรานซิสโก พวกเขาได้พัฒนาวิธีการใช้การเข้ารหัสเพื่อให้ได้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อสร้างสิ่งที่เราเรียกว่า “สถานะลับ” ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ตัวตรวจสอบแบบคลาสสิก แต่ไม่ใช่สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเอง
ขั้นตอนของพวกเขาขึ้นอยู่กับสิ่งที่เรียกว่าฟังก์ชัน “ประตูกล” ซึ่งเป็นฟังก์ชันที่ง่ายต่อการดำเนินการ แต่ยากที่จะย้อนกลับได้ เว้นแต่ว่าคุณจะมีคีย์การเข้ารหัสลับที่เป็นความลับ (นักวิจัยยังไม่รู้วิธีสร้างฟังก์ชันกับดักประตูที่เหมาะสมจริง ๆ – ซึ่งจะมาในภายหลัง) ฟังก์ชันนี้ต้องเป็น “สองต่อหนึ่ง” ซึ่งหมายความว่าทุกเอาต์พุตจะสอดคล้องกับอินพุตที่แตกต่างกันสองแบบ ยกตัวอย่าง ฟังก์ชันที่ยกกำลังสองตัวเลข — นอกเหนือจากตัวเลข 0 แต่ละเอาต์พุต (เช่น 9) มีอินพุตที่สอดคล้องกันสองตัว (3 และ −3)
ด้วยฟังก์ชันดังกล่าว คุณสามารถให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสร้างสถานะลับได้ดังนี้: ขั้นแรก คุณขอให้คอมพิวเตอร์สร้างการซ้อนทับของอินพุตที่เป็นไปได้ทั้งหมดไปยังฟังก์ชัน (ซึ่งอาจฟังดูซับซ้อนสำหรับคอมพิวเตอร์ในการดำเนินการ แต่มันง่ายจริงๆ) จากนั้น คุณบอกให้คอมพิวเตอร์ใช้ฟังก์ชันกับ superposition ยักษ์นี้ สร้างสถานะใหม่ที่เป็น superposition ของเอาท์พุตที่เป็นไปได้ทั้งหมดของฟังก์ชัน การซ้อนทับอินพุตและเอาต์พุตจะพันกัน ซึ่งหมายความว่าการวัดที่หนึ่งในนั้นจะส่งผลต่ออีกอันในทันที
ฉันไม่เคยคิดที่จะสำเร็จการศึกษา เพราะเป้าหมายของฉันคือไม่เคยสำเร็จการศึกษา
อุมิลา มหาเทพ
ถัดไป คุณขอให้คอมพิวเตอร์วัดสถานะเอาต์พุตและแจ้งผลลัพธ์ให้คุณทราบ การวัดนี้จะยุบสถานะเอาต์พุตลงเหลือเพียงหนึ่งในเอาต์พุตที่เป็นไปได้ และสถานะอินพุตจะยุบทันทีเพื่อให้ตรงกับสถานะนั้น เนื่องจากสถานะจะพันกัน ตัวอย่างเช่น หากคุณใช้ฟังก์ชันกำลังสอง ถ้าเอาต์พุตเป็นสถานะ 9 ข้อมูลเข้าจะยุบลงไปทับซ้อนของสถานะ 3 และ −3
แต่จำไว้ว่าคุณกำลังใช้ฟังก์ชันประตูกล คุณมีคีย์ลับของประตูกล คุณจึงสามารถค้นหาสถานะสองสถานะที่ประกอบขึ้นเป็นอินพุตซ้อนทับได้อย่างง่ายดาย แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำไม่ได้ และไม่สามารถวัดการซ้อนอินพุตเพื่อดูว่ามันทำมาจากอะไร เพราะการวัดนั้นจะยุบลงไปอีก ทำให้คอมพิวเตอร์เหลือหนึ่งในสองอินพุต แต่ไม่มีทางรู้อีกทางหนึ่ง
ในปี 2560 Mahadev ได้ค้นพบวิธีสร้างฟังก์ชันประตูกลที่เป็นแกนหลักของวิธีสถานะลับโดยใช้การเข้ารหัสประเภทหนึ่งที่เรียกว่า Learning With Errors (LWE) ด้วยการใช้ฟังก์ชันประตูกลเหล่านี้ เธอจึงสามารถสร้างการคำนวณแบบ “คนตาบอด” เวอร์ชันควอนตัมโดยที่ผู้ใช้คอมพิวเตอร์คลาวด์สามารถปกปิดข้อมูลของตนเพื่อให้คอมพิวเตอร์ระบบคลาวด์ไม่สามารถอ่านได้ แม้ในขณะที่กำลังประมวลผลอยู่ก็ตาม และหลังจากนั้นไม่นาน Mahadev, Vazirani และ Christiano ได้ร่วมมือกับ Vidick และZvika Brakerski (จากสถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann ในอิสราเอล) เพื่อปรับแต่งฟังก์ชันประตูกลเหล่านี้ให้ดียิ่งขึ้นโดยใช้วิธีการลับของรัฐในการพัฒนาวิธีที่ไม่สามารถเข้าใจผิดได้สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม เพื่อสร้างตัวเลขสุ่มที่พิสูจน์ได้
Mahadev อาจจบการศึกษาด้วยความแข็งแกร่งของผลลัพธ์เหล่านี้ แต่เธอตั้งใจแน่วแน่ที่จะทำงานต่อไปจนกว่าเธอจะแก้ปัญหาการตรวจสอบได้ “ฉันไม่เคยคิดที่จะสำเร็จการศึกษา เพราะเป้าหมายของฉันคือไม่เคยสำเร็จการศึกษา” เธอกล่าว
ไม่รู้ว่าเธอจะแก้ได้หรือเปล่ามันก็เครียดเป็นบางครั้ง แต่เธอกล่าวว่า “ฉันใช้เวลาเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งที่ฉันสนใจ ดังนั้นจึงไม่เสียเวลาจริงๆ”

slot

ตั้งอยู่ในสโตน
Mahadev พยายามหลายวิธีในการรับจากวิธีรัฐลับไปยังโปรโตคอลการตรวจสอบ แต่ในขณะที่เธอไม่ไปไหน จากนั้นเธอก็มีความคิดว่า: นักวิจัยได้แสดงให้เห็นแล้วว่าผู้ตรวจสอบสามารถตรวจสอบคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้หากผู้ตรวจสอบสามารถวัดควอนตัมบิตได้ ผู้ตรวจสอบแบบคลาสสิกขาดความสามารถนี้ตามคำจำกัดความ แต่ถ้าผู้ตรวจสอบแบบคลาสสิกสามารถบังคับให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำการวัดด้วยตนเองและรายงานอย่างตรงไปตรงมาล่ะ

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาแก้ปัญหาการตรวจสอบควอนตัม

Charlie Marcus รู้ว่าข้อเท็จจริงควอนตัมไม่ซับซ้อน

Charlie Marcus รู้ว่าข้อเท็จจริงควอนตัมไม่ซับซ้อน

jumbo jili

นักฟิสิกส์ควอนตัม Charlie Marcus ซึ่งเป็นนักวิจัยหลักของ Microsoft Quantum Research และศาสตราจารย์ที่สถาบัน Niels Bohr แห่งมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน มีส่วนร่วมในภารกิจที่มีความทะเยอทะยานที่สุดในเทคโนโลยีสมัยใหม่: การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แท้จริง ในตอนนี้ Marcus พูดคุยกับโฮสต์ Steven Strogatz เกี่ยวกับสาเหตุที่ข้อเท็จจริงไม่ซับซ้อน สิ่งที่ทำงานในร้านดนตรีสอนเขาเกี่ยวกับการทำวิทยาศาสตร์ และความคล้ายคลึงระหว่างการใช้นอตในวัฒนธรรม Mesoamerican ยุคแรกกับงานคอมพิวเตอร์ควอนตัมของเขาในปัจจุบัน

สล็อต

การถอดเสียง
ชาร์ลี มาร์คัส:ฉันต้องการเล่าเรื่องเกี่ยวกับวิธีที่มนุษย์สามารถสร้างสรรค์สิ่งต่างๆ ที่ไม่เคยมีมาก่อน และการศึกษาวิทยาศาสตร์ตอนนี้ไม่ได้เป็นเพียงการศึกษาปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยที่จิตมนุษย์ไม่ได้สร้างมันขึ้นมา
สตีฟ Strogatz [บรรยาย]:จากนิตยสารควอนตั้มนี้เป็นความสุขของ x ผมสตีฟ สโตรกัทซ์ ในตอนนี้ชาร์ลี มาร์คัส .
Steve Strogatz:คุณกำลังร้องเพลงแห่งชัยชนะของจินตนาการของมนุษย์ที่แสดงออกผ่านวิทยาศาสตร์ ดังนั้น มันจึงไม่ใช่แค่จินตนาการที่ดุร้ายและไร้เดียงสา มันคือจินตนาการที่ถูกจำกัดด้วยการสังเกต โดยการทดลอง แต่ท้ายที่สุดแล้ว … จินตนาการ
มาร์คัส: ถูกต้อง
สโตรกัทซ์:ชาร์ลี มาร์คัสเป็นนักฟิสิกส์ควอนตัมที่ฉันคิดว่ากำลังทำงานที่น่าตื่นเต้นที่สุดในปัจจุบันเกี่ยวกับความพยายามที่จะสร้างสิ่งที่ยังไม่มีอยู่จริง นั่นคือคอมพิวเตอร์ควอนตัม อันที่จริง ฉันกับชาร์ลีเริ่มต้นอาชีพด้วยกันตั้งแต่ตอนที่เขายังเป็นนักศึกษาปริญญาโทและฉันเป็นหลังปริญญาเอก เราทำงานกับบางสิ่งที่ค่อนข้างลึกลับที่เรียกว่าไดนามิกของคลื่นความหนาแน่นที่มีประจุ
Strogatz:คุณรู้ไหม ฉันคิดว่ามันประมาณครึ่งชีวิตที่แล้วที่เราทำงานร่วมกันทางวิทยาศาสตร์
Marcus:ฉันรู้สึกนิดหน่อย – โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อฉันมีความทรงจำที่ไม่ดีในวัยเด็กของฉัน ในแบบที่รู้สึกเหมือนมากกว่าครึ่งหนึ่งของชีวิตวิทยาศาสตร์ของฉันที่ผ่านมา
สโตรกัทซ์:จริงเหรอ?
มาร์คัส:เพราะ—
Strogatz:ความจำของคุณมีรายละเอียดมากกว่านี้ไหม?
Marcus:สำหรับชีวิตของฉัน สมมุติว่าครึ่งชีวิตที่ผ่านมา เพราะครึ่งแรกนั้นแทบจะนับไม่ถ้วน ฉันไม่มีวัยเด็กที่สดใสอย่างที่หลายคนมี ยกเว้นร้านดนตรี
สโตรกัทซ์:โอเค บอกพวกเราหน่อยได้ไหมว่า ร้านขายเครื่องดนตรีนี้คืออะไร? คุณทำอะไรอยู่?
มาร์คัส:โอ้ เด็กน้อย ใช่. ตอนที่ฉันเรียนมัธยมปลาย ฉันได้งานทำในร้านขายเครื่องดนตรี และขายกีตาร์และซ่อมกีตาร์ ตอนนั้นฉันเล่นดนตรีมาก และเป็นการลงมือทำจริง ๆ ราวกับมีคนเข้ามาพร้อมเครื่องดนตรีที่แตกหัก และมันก็เป็นช่วงปลายยุคฮิปปี้ และมันก็เต็มไปด้วยพวกฮิปปี้ และฉันก็ยึดติดกับมันอย่างสมบูรณ์ และที่แปลกก็คือ ฉันมีความรับผิดชอบอย่างไม่น่าเชื่อ สำหรับเด็กมัธยมปลาย เช่น ฉันจะเปิดร้านในวันเสาร์ และไปที่ธนาคาร แล้วเอาเงินไปใส่ในเครื่องบันทึกเงินสด และเปิดร้านทั้งร้านจนกว่าจะถึงเวลาปิด
Strogatz:นั่นทำให้ฉันคิดว่านี่คือ… เมื่อคุณพูดถึงร้านขายเพลง นั่นเป็นส่วนหนึ่งของงานที่คุณทำเมื่อคุณช่วยเหลือผู้คนคือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และกลไกบางส่วน
มาร์คัส:ส่วนใหญ่เป็นกลศาสตร์ ฉันไม่คิดว่ามีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ ที่เกี่ยวข้อง มันเป็นเครื่องดนตรีประเภทอะคูสติกที่เน้น
สโตรกัทซ์:จริงเหรอ? ตกลง.
มาร์คัส:ครับ. แต่ที่บ้านฉันมีไฟฟ้า – ฉันเคยทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อยู่แล้ว
Strogatz:สำหรับฉันแล้ว ฉันรู้สึกเป็นสัญลักษณ์หรือเป็นตัวแทนของทัศนคติที่ทำได้ของคุณในการทำให้สิ่งต่างๆ สำเร็จ แก้ไขสิ่งต่างๆ และไม่ใช่ว่าคุณทำอย่างนั้นในร้านขายเพลง
Marcus:ฉันคิดว่าการทำงานร่วมกันของเรานั้นยอดเยี่ยมมาก และจริงๆ แล้ว มีส่วนหนึ่งของเรื่องราวที่ฉันไม่รู้ว่าคุณจำได้หรือเปล่า แต่สำหรับฉันแล้ว มันกลายเป็นสัญลักษณ์ของสิ่งอื่นโดยสิ้นเชิง และกับเพื่อนที่ดีอื่น ๆ ในภายหลังในชีวิต ฉันใช้ความคิดนี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่า แต่มันมาจากคุณ แต่คุณบอกว่าเราควรร่วมมือกันในบางสิ่ง และฉันก็พูดว่า “แล้วอะไรล่ะ” คุณพูดว่า “โอ้ ฉันไม่สนใจ” ชอบใครสน? ถามอะไรโง่ๆ ไม่สำคัญว่าเราทำงานอะไร
สโตรกัทซ์:จริงเหรอ?
มาร์คัส:ครับ. มันเหมือนกับว่า มาร่วมมือกันทำอะไรสักอย่าง และเราก็แค่ — มันเหมือนกับการเลือกโดยพลการ ความสนุกอยู่ในความร่วมมือ ไม่ใช่ว่ามีปัญหาใหญ่ๆ ที่ต้องแก้ไข ทักษะของคุณ—
Strogatz:ฉันเข้าใจแล้ว
Marcus: — และทักษะของฉันจะไขได้ ก็แค่ “เลือกบางอย่าง ทำงานกับมันเพื่อความสุขที่แท้จริงของการได้ร่วมงานกับใครซักคนในบางสิ่ง”
สโตรกัทซ์:ใช่
Marcus:นั่นเป็นความคิดใหม่สำหรับฉัน และนั่นก็มาจากคุณ และฉันชอบความคิดนี้มาก แนวคิดก็คือว่าสิ่งที่เราทำในกิจกรรมนี้เป็นองค์กรของมนุษย์ที่ไม่เหมือนกับว่ามีรายการปัญหาที่พระเจ้าประทานให้ซึ่งจำเป็นต้องแก้ไข และเราจะไปให้ถึง ด้านล่างของรายการ ไม่มีรายการ มีเพียงเราเท่านั้น และคุณสามารถ… เมื่อคุณมีเพื่อนหรือคู่ชีวิตแล้ว คุณสามารถพูดว่า “มาทำอะไรสักอย่างกันเถอะ” และมันก็กลายเป็นปัญหาใหญ่จริงๆ แต่มันไม่ได้เกิดขึ้นเพราะนี่เป็นปัญหาบางอย่างที่ต้องแก้ไข มันเกิดขึ้นเพราะมันเป็นมิตรภาพที่ต้องการบางสิ่งบางอย่างที่จะหลอกลวงด้วย

สล็อตออนไลน์

ปัญหาที่ฉันสนใจคือความล่าช้า และความล่าช้าจะส่งผลต่อไดนามิกอย่างไร และไม่ว่าจะสร้างความโกลาหลหรือไม่ก็ตาม
Strogatz:ดังนั้น “ล่าช้า” หมายถึง…? นี่หมายความว่าอย่างไร?
มาร์คัส:สมมุติว่าคุณมีระบบที่ซับซ้อนซึ่งเชื่อมต่อถึงกันอย่างหนาแน่นซึ่งมีองค์ประกอบที่เรียกว่าความคับข้องใจ หมายความว่ามีลูปของการเชื่อมต่อโครงข่าย ดังนั้น A เชื่อมต่อกับ B B เชื่อมต่อกับ C C เชื่อมต่อกับ D และ D เชื่อมต่อกลับไปที่ A อีกครั้ง และพวกเขาอาจจะกำลังทำอะไรบางอย่างที่ A พยายามปิด B และ B พยายามที่จะปิด C และ C พยายามที่จะปิด D และ D พยายามที่จะปิด A แต่ถ้า A ปิด แสดงว่า B ไปต่อ
ดังนั้น สิ่งทั้งหมดก็แค่วิ่งวนเป็นวงกลม โดยที่ทุกคนพยายามพลิกอีกอันหนึ่งเป็นเครื่องหมายตรงข้าม สิ่งนั้น ซึ่งเรียกว่าความหงุดหงิดในวงจรที่ซับซ้อนเหล่านี้ เป็นแก่นแท้ของสาเหตุ ตัวอย่างเช่น โครงข่ายประสาทเทียมสามารถมีไดนามิกที่ซับซ้อน และสถานะภาคพื้นดินจำนวนอนันต์ ความร่ำรวยมากมายเกี่ยวข้องกับลูปที่มีความยุ่งยาก
Strogatz:สำหรับคนที่ไม่เคยคิดเกี่ยวกับความหงุดหงิด แน่นอนว่าเป็นคำธรรมดาที่เราทุกคนรู้ว่ามันหมายถึงอะไร
แต่ลองนึกภาพว่าคุณเป็นเพื่อนกับคู่รัก พวกเขาเป็นคู่สามีภรรยา แล้วพวกเขาก็หย่าร้างกันอย่างขมขื่น เคยเป็นว่าความสัมพันธ์ทั้งหมดเป็นไปในเชิงบวก คุณชอบแต่ละคนและพวกเขาชอบกันและกัน แต่หลังจากการหย่าร้างตอนนี้พวกเขาเกลียดกันก็มักจะเป็นเรื่องยาก นั่นเป็นสามเหลี่ยมที่น่าผิดหวัง เพราะคุณไม่สามารถเป็นเพื่อนกับทั้งสองคนได้จริงๆ เพราะพวกเขาไม่ต้องการแบบนั้น พวกเขามักจะต้องการให้คุณเลือกข้าง
มาร์คัส:ถูกต้อง อย่างแน่นอน. ตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบ
สโตรกัทซ์:สามเหลี่ยมนั้นเปลี่ยนจากไม่หงุดหงิดเป็นหงุดหงิดหลังจากการหย่าร้าง
มาร์คัส:เยี่ยมมาก นั่นเป็นตัวอย่างที่ดี ตอนนี้ มีองค์ประกอบใหม่ ซึ่งเปลี่ยนจากการเป็นปัญหาคงที่ที่ผิดหวัง เพื่อนของคุณจะเป็นใครสำหรับอนาคตของความสัมพันธ์ ไปสู่ปัญหาพลวัต หมายความว่าอย่างไร ทุกสัปดาห์ฉันจะจัดการมิตรภาพกับแฟนเก่าได้อย่างไร ในเมื่อข้อมูลที่คุณได้รับเกี่ยวกับเขาบอกว่าเธอบอกว่าล่าช้า ในการเดินทางไปหาคุณ?

jumboslot

และคุณจะได้รับเงื่อนไขการหลบหนีเหล่านี้ ซึ่งคุณยังคงเลือกภักดี และคุณได้รับข้อมูลบางส่วน คุณพูดว่า “ตอนนี้เธอเป็นคนงี่เง่า ฉันจะไปเที่ยวกับเขา” แต่สัปดาห์ต่อมา คุณได้รับข้อมูลอื่นที่พิสูจน์ว่า ไม่ ไม่ ไม่ จริงๆ แล้ว เขาเป็นคนที่พูดแบบนั้น ดังนั้นคุณพูดว่า “ไม่ เสียใจ. ฉันผิดไป. เขาเป็นคนงี่เง่าและฉันจะไปเที่ยวกับเธอ” คุณสามารถรับสถานการณ์ที่เนื่องจากการเผยแพร่ข้อมูลล่าช้า —
สโตรกัทซ์: เอาล่ะ
Marcus: — สิ่งที่จบลงด้วยความหงุดหงิด กลับกลายเป็นสิ่งที่สั่นคลอน
สโตรกัทซ์:ใช่ คุณกำลังทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ –
Marcus:นั่นเป็นปัญหา—
Strogatz: — เวอร์ชันนี้
Marcus: — และมันเป็นปัญหาที่ยากในการแก้ปัญหาบนคอมพิวเตอร์ เพราะคุณจำเป็นต้องรู้ประวัติเวลาทั้งหมดก่อนที่คุณจะสามารถแก้สมการอนุพันธ์ของดีเลย์ ระบบสมการอนุพันธ์ที่มีการหน่วงเวลาได้ และมันง่ายกว่าที่จะสร้างมันขึ้นมา ที่จริงแล้ว สิ่งที่ตลกก็คือ สิ่งนี้เชื่อมโยงเรากลับไปที่ร้านดนตรี เพราะมีชิปอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเพลงเพื่อสร้างเสียง เช่น คอนเสิร์ตฮอลล์ที่มีเสียงสะท้อน
เช่น ถ้าคุณไม่มีห้องอะคูสติกที่คุณกำลังถูกบันทึกอยู่ หรือฉันไม่มี และคุณอยู่ในโบสถ์ที่ยิ่งใหญ่หรืออะไรทำนองนั้น มันจะเป็นเสียงก้องแทน และพวกเขาทำชิปที่คุณสามารถซื้อเพื่อสร้างส่วนของวงจรไมโครโฟน พวกเขาสร้างเสียงสะท้อน ดังนั้นฉันจึงซื้อชิปเหล่านี้จำนวนหนึ่ง ฉันเพิ่งเขียนถึงบริษัท และพูดว่า “ฉันขอเอคโค่ชิพพวกนี้สักอันได้ไหม” และฉันได้สร้างโครงข่ายประสาทเทียม จากนั้นจึงใส่ชิปสะท้อนกลับเข้าไปในวงจรโครงข่ายประสาทเทียม และจากนั้นก็มีสวิตช์เปิดอยู่เล็กน้อย คุณควบคุมจำนวนเสียงสะท้อนที่มีอยู่ในวงจรได้ ดังนั้น ฉันสามารถทำให้วงจรแสดงรูปแบบการสั่นเหล่านี้ได้ เพียงแค่เปิดเสียงโบสถ์
Strogatz:ฉันไม่เคยชื่นชมสิ่งนั้นจริงๆ ดังนั้น คุณไม่ได้ดึงขาของฉัน บางสิ่งเกี่ยวกับสิ่งที่คุณเรียนรู้จากประสบการณ์ร้านเพลงของคุณนั้นมีประโยชน์โดยตรงในงานนี้
มาร์คัส:ครับ. อย่างแน่นอน. ชิปเหล่านั้นคือ… เช่นเดียวกับกีตาร์ไฟฟ้า คุณสามารถนึกถึงเพลงบางเพลงที่มีเสียงสะท้อน มีเสียงสะท้อน และทำด้วยชิปเหล่านั้น
สโตรกัทซ์:ในที่สุดชาร์ลีก็รวมงานภาคปฏิบัติที่เขาทำในห้องทดลองเข้ากับบางสิ่งที่ผู้คนมักคิดว่าเป็นนามธรรม ทฤษฎี และแปลกประหลาดอย่างเหลือเชื่อ: ฟิสิกส์ควอนตัม ฟิสิกส์ควอนตัมเกี่ยวข้องกับอนุภาคขนาดเล็ก อนุภาคขนาดอะตอมหรือเล็กกว่านั้นและพฤติกรรมของมัน ปรากฎว่าพวกมันมีพฤติกรรมที่ยากสำหรับสมองมนุษย์ที่มีมหภาคของเราที่จะเข้าใจ
เมื่อเราพยายามใช้ภาษาเพื่ออธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นด้านล่าง เราลงเอยด้วยการพูดเรื่องไร้สาระเกือบทั้งหมด ราวกับว่าอนุภาคไม่ได้เกิดขึ้นจริงไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง มันเหมือนกับว่าพวกเขาทั้งสอง สิ่งต่าง ๆ ไม่ใช่แค่ขาวดำในโลกควอนตัม คุณสามารถมีชีวิตอยู่และตายไปพร้อม ๆ กันหรือเปิดหรือปิดก็ได้ มันทุกประเภทไม่มีกำหนด

slot

Marcus:เมื่อฉันบอกคนอื่นว่าฉันทำอะไรและพูดว่า “ฉันทำงานเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม” หรือ “ฉันทำงานเกี่ยวกับฟิสิกส์ควอนตัม” คำตอบมาตรฐาน เกือบจะเหมือนกับว่าผู้คนได้รับการตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าเพื่อให้คำตอบคือ “โอ้ จริงสิ ที่ซับซ้อน. ฉันไม่เคยเข้าใจสิ่งนั้น” ตกลง. แต่สมมุติว่าภรรยาของคุณพูดว่า “ฉันมีข่าวดีมาบอก ฉันท้อง.” ไม่มีใครเคยพูดว่า “โอ้ ซับซ้อนจริงๆ ฉันคิดเกี่ยวกับเรื่องนั้นแล้ว และฉันก็ไม่เข้าใจว่ามันจะเกิดขึ้นได้อย่างไร”
Strogatz:มันซับซ้อนมาก
Marcus:ถ้าคุณต้องการพูดคุยเกี่ยวกับสิ่งต่าง ๆ —
Strogatz:มันทำงานอย่างไร?
มาร์คัส: — นั่นซับซ้อน มีเรื่องที่ซับซ้อนมากมาย เช่น ทารกมาจากไหน? และสมองทำงานอย่างไร? ลืมเกี่ยวกับสมอง ฉันหมายถึงตับของคุณทำงานอย่างไร สิ่งเหล่านั้นซับซ้อนจริงๆ

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on Charlie Marcus รู้ว่าข้อเท็จจริงควอนตัมไม่ซับซ้อน

งานที่หนึ่งสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม: เพิ่มปัญญาประดิษฐ์

งานที่หนึ่งสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม: เพิ่มปัญญาประดิษฐ์

jumbo jili

ในช่วงต้นทศวรรษ 90 Elizabeth Behrmanศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่ Wichita State University เริ่มทำงานเพื่อรวมฟิสิกส์ควอนตัมกับปัญญาประดิษฐ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เทคโนโลยีเครือข่ายประสาทเทียมในขณะนั้นที่ไม่ฝักใฝ่ฝ่ายใด คนส่วนใหญ่คิดว่าเธอกำลังผสมน้ำมันกับน้ำ “ฉันเคยชินกับการตีพิมพ์แล้ว” เธอเล่า “วารสารเครือข่ายประสาทจะบอกว่า ‘กลศาสตร์ควอนตัมนี้คืออะไร’ และวารสารฟิสิกส์จะพูดว่า ‘ขยะเครือข่ายประสาทนี้คืออะไร’”

สล็อต

วันนี้ mashup ของทั้งสองดูเป็นธรรมชาติที่สุดในโลก โครงข่ายประสาทเทียมและระบบการเรียนรู้ด้วยเครื่องอื่น ๆ ได้กลายเป็นเทคโนโลยีที่ก่อกวนที่สุดแห่งศตวรรษที่ 21 พวกเขาเป็นมนุษย์นอกระบบ ไม่เพียงแต่ทุบตีเราในงานที่พวกเราส่วนใหญ่ไม่เคยเก่งจริงๆ เช่น หมากรุกและการทำเหมืองข้อมูล แต่ยังรวมไปถึงสิ่งต่าง ๆ ที่สมองของเราพัฒนาขึ้นด้วย เช่น การจดจำใบหน้า การแปลภาษา และ การเจรจาหยุดสี่ทาง ระบบเหล่านี้เกิดขึ้นได้ด้วยพลังประมวลผลมหาศาล ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่บริษัทเทคโนโลยีจะมองหาคอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่แค่ใหญ่ขึ้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องจักรประเภทใหม่ด้วย
หลังจากการวิจัยหลายทศวรรษ คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีอุบายเพียงพอที่จะทำการคำนวณนอกเหนือจากคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นในโลก โดยทั่วไปแล้วแอปนักฆ่าของพวกเขาจะแยกตัวประกอบจำนวนมากซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการเข้ารหัสที่ทันสมัย อย่างน้อยก็อีกสิบปี แต่แม้กระทั่งตัวประมวลผลควอนตัมพื้นฐานในปัจจุบันก็ยังจับคู่กับความต้องการของการเรียนรู้ของเครื่องได้อย่างน่าประหลาด พวกเขาจัดการอาร์เรย์ข้อมูลจำนวนมากในขั้นตอนเดียว เลือกรูปแบบที่ละเอียดอ่อนซึ่งคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกมองไม่เห็น และไม่สำลักข้อมูลที่ไม่สมบูรณ์หรือไม่แน่นอน Johannes Otterbachนักฟิสิกส์จาก Rigetti Computing บริษัทควอนตัมคอมพิวเตอร์ในเบิร์กลีย์ รัฐแคลิฟอร์เนียกล่าวว่า “มีการผสมผสานกันอย่างเป็นธรรมชาติระหว่างลักษณะทางสถิติที่แท้จริงของการคำนวณควอนตัม … และการเรียนรู้ของเครื่อง
หากมีสิ่งใด ลูกตุ้มได้เหวี่ยงไปสุดขั้วอื่นแล้ว Google, Microsoft, IBM และยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีอื่นๆ กำลังทุ่มเงินให้กับการเรียนรู้ของเครื่องควอนตัม และศูนย์บ่มเพาะสตาร์ทอัพที่มหาวิทยาลัยโตรอนโตก็ทุ่มเทให้กับมัน Jacob Biamonteนักฟิสิกส์ควอนตัมจากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Skolkovo ในมอสโกกล่าวว่า “‘การเรียนรู้ของเครื่อง’ กำลังกลายเป็นคำศัพท์ “เมื่อคุณผสมสิ่งนั้นกับ ‘ควอนตัม’ มันจะกลายเป็นคำยอดฮิต”
ทว่าไม่มีคำว่า “ควอนตัม” อยู่ในนั้นที่ดูเหมือน แม้ว่าคุณอาจคิดว่าระบบควอนตัมแมชชีนเลิร์นนิงน่าจะมีประสิทธิภาพ แต่ก็ประสบปัญหาจากโรคที่ถูกล็อกไว้ มันทำงานบนสถานะควอนตัม ไม่ใช่ข้อมูลที่มนุษย์อ่านได้ และการแปลระหว่างทั้งสองสามารถลบล้างข้อดีที่เห็นได้ชัดของมัน เหมือนกับ iPhone X ที่สเปกที่น่าประทับใจทั้งหมดจะช้าพอๆ กับโทรศัพท์เครื่องเก่าของคุณ เพราะเครือข่ายของคุณแย่มากเช่นเคย สำหรับกรณีพิเศษบางกรณี นักฟิสิกส์สามารถเอาชนะปัญหาคอขวดของอินพุต-เอาท์พุตได้ แต่กรณีดังกล่าวยังไม่ทราบถึงกรณีที่เกิดขึ้นจริงในงานการเรียนรู้ด้วยเครื่องจริงหรือไม่ “เรายังไม่มีคำตอบที่ชัดเจน” Scott Aaronson .กล่าวนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน ผู้เป็นกระบอกเสียงแห่งความสุขุมเสมอเมื่อพูดถึงควอนตัมคอมพิวติ้ง “ผู้คนมักเป็นนักรบที่กล้าหาญมากเกี่ยวกับว่าอัลกอริธึมเหล่านี้สามารถเร่งความเร็วได้หรือไม่”
ควอนตัมเซลล์ประสาท
งานหลักของโครงข่ายประสาทเทียม ไม่ว่าจะเป็นแบบคลาสสิกหรือควอนตัม คือการจดจำรูปแบบ โดยได้รับแรงบันดาลใจจากสมองของมนุษย์ มันคือตารางของหน่วยคำนวณพื้นฐาน — “เซลล์ประสาท” แต่ละรายการสามารถทำได้ง่ายเหมือนอุปกรณ์เปิดปิด เซลล์ประสาทจะตรวจสอบเอาต์พุตของเซลล์ประสาทอื่นๆ หลายเซลล์ ราวกับว่ากำลังลงคะแนน และจะเปิดขึ้นหากเซลล์ประสาทเปิดเพียงพอ โดยปกติเซลล์ประสาทจะจัดเรียงเป็นชั้นๆ เลเยอร์เริ่มต้นรับอินพุต (เช่น พิกเซลของรูปภาพ) เลเยอร์กลางจะสร้างอินพุตที่หลากหลาย (แสดงถึงโครงสร้าง เช่น ขอบและรูปทรงเรขาคณิต) และเลเยอร์สุดท้ายจะสร้างเอาต์พุต
ที่สำคัญคือ การเดินสายไม่ได้รับการแก้ไขล่วงหน้า แต่ปรับให้เข้ากับกระบวนการทดลองและข้อผิดพลาด เครือข่ายอาจป้อนรูปภาพที่มีป้ายกำกับว่า “ลูกแมว” หรือ “ลูกสุนัข” สำหรับแต่ละภาพ จะกำหนดป้ายกำกับ ตรวจสอบว่าถูกต้องหรือไม่ และปรับแต่งการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทหากไม่ถูกต้อง การคาดเดาจะเป็นแบบสุ่มในตอนแรก แต่จะดีขึ้น หลังจากตัวอย่างประมาณ 10,000 ตัวอย่าง มันก็รู้จักสัตว์เลี้ยงของมัน โครงข่ายประสาทเทียมที่ร้ายแรงสามารถมีการเชื่อมต่อถึงกันเป็นพันล้าน ซึ่งจำเป็นต้องปรับจูนทั้งหมด
บนคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก การเชื่อมต่อทั้งหมดเหล่านี้แสดงด้วยเมทริกซ์ตัวเลขขนาดมหึมา และการเรียกใช้เครือข่ายหมายถึงการทำพีชคณิตเมทริกซ์ ตามธรรมเนียมแล้ว การดำเนินการเมทริกซ์เหล่านี้จะถูกเอาต์ซอร์ซไปยังชิปเฉพาะทาง เช่น หน่วยประมวลผลกราฟิก แต่เมทริกซ์ไม่เหมือนกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม Seth Lloydนักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และผู้บุกเบิกคอมพิวเตอร์ควอนตัมกล่าวว่า “การจัดการเมทริกซ์ขนาดใหญ่และเวกเตอร์ขนาดใหญ่จะเร็วขึ้นแบบทวีคูณบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม
สำหรับงานนี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถใช้ประโยชน์จากลักษณะเลขชี้กำลังของระบบควอนตัมได้ ความจุการจัดเก็บข้อมูลจำนวนมากของระบบควอนตัมไม่ได้อยู่ในหน่วยข้อมูลแต่ละหน่วย — qubits ซึ่งเป็นคู่ควอนตัมของบิตคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก — แต่ในคุณสมบัติโดยรวมของ qubits เหล่านั้น คิวบิต 2 ตัวมีสถานะร่วมสี่สถานะ: ทั้งเปิด, ปิด, เปิด/ปิด และปิด/เปิด แต่ละคนมีน้ำหนักบางอย่างหรือ “แอมพลิจูด” ที่สามารถเป็นตัวแทนของเซลล์ประสาทได้ หากคุณเพิ่ม qubit ที่สาม คุณสามารถแทนเซลล์ประสาทได้แปดเซลล์ สี่ 16. ความจุของเครื่องเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ผลที่ได้คือ เซลล์ประสาทจะถูกละเลงไปทั่วทั้งระบบ เมื่อคุณดำเนินการในสถานะสี่ qubits คุณกำลังประมวลผลตัวเลข 16 ตัวในจังหวะเดียว ในขณะที่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกจะต้องผ่านตัวเลขเหล่านั้นทีละตัว

สล็อตออนไลน์

Lloyd ประมาณการว่า 60 qubits จะเพียงพอที่จะเข้ารหัสจำนวนข้อมูลเทียบเท่ากับที่มนุษย์สร้างขึ้นในหนึ่งปี และ 300 สามารถบรรทุกเนื้อหาข้อมูลคลาสสิกของจักรวาลที่สังเกตได้ (คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใหญ่ที่สุดในขณะนี้ ซึ่งสร้างโดย IBM, Intel และ Google มี 50-ish qubits) และนั่นก็ถือว่าแต่ละแอมพลิจูดเป็นเพียงบิตคลาสสิกเดียว อันที่จริง แอมพลิจูดเป็นปริมาณต่อเนื่อง (และแท้จริงแล้วเป็นจำนวนเชิงซ้อน) และเพื่อความแม่นยำในการทดลองที่น่าเชื่อถือ อาจเก็บได้มากถึง 15 บิต Aaronson กล่าว
แต่ความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการจัดเก็บข้อมูลอย่างกะทัดรัดไม่ได้ทำให้เร็วขึ้น คุณต้องสามารถใช้ qubits เหล่านั้นได้ ในปี 2008 Lloyd นักฟิสิกส์Aram Harrowแห่ง MIT และAvinatan Hassidimนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัย Bar-Ilan ในอิสราเอล ได้แสดงให้เห็นวิธีการดำเนินการเกี่ยวกับพีชคณิตที่สำคัญของการกลับเมทริกซ์ พวกเขาแยกย่อยออกเป็นลำดับของการดำเนินการเชิงตรรกะที่สามารถดำเนินการบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม อัลกอริธึมของพวกเขาใช้ได้กับเทคนิคการเรียนรู้ด้วยเครื่องที่หลากหลาย และไม่ต้องการขั้นตอนอัลกอริธึมเกือบเท่ากับการแฟคตอริ่งจำนวนมาก คอมพิวเตอร์สามารถเจาะผ่านงานการจัดหมวดหมู่ก่อนเกิดเสียงรบกวน ซึ่งเป็นปัจจัยจำกัดขนาดใหญ่ของเทคโนโลยีในปัจจุบันนี้ มีโอกาสสร้างความเสียหายได้ “คุณอาจมีความได้เปรียบด้านควอนตัมก่อนที่คุณจะมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดได้อย่างสมบูรณ์” Kristan Temme จาก Thomas J. Watson Research Center ของ IBM กล่าว
ให้ธรรมชาติแก้ปัญหา
แม้ว่าจนถึงตอนนี้ แมชชีนเลิร์นนิงโดยอิงจากพีชคณิตเมทริกซ์ควอนตัมได้แสดงให้เห็นบนเครื่องที่มีเพียงสี่ควิบิตเท่านั้น ความสำเร็จในการทดลองส่วนใหญ่ของแมชชีนเลิร์นนิงควอนตัมจนถึงปัจจุบันมีแนวทางที่แตกต่างออกไป ซึ่งระบบควอนตัมไม่ได้เป็นเพียงการจำลองเครือข่ายเท่านั้น มันคือเครือข่าย แต่ละ qubit ย่อมาจากเซลล์ประสาทหนึ่งเซลล์ แม้ว่าจะไม่มีกำลังของการยกกำลัง แต่อุปกรณ์เช่นนี้สามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติอื่นๆ ของฟิสิกส์ควอนตัมได้
อุปกรณ์ดังกล่าวที่ใหญ่ที่สุด ซึ่งมีประมาณ 2,000 qubits คือโปรเซสเซอร์ควอนตัมที่ผลิตโดย D-Wave Systems ซึ่งตั้งอยู่ใกล้เมืองแวนคูเวอร์ รัฐบริติชโคลัมเบีย ไม่ใช่สิ่งที่คนส่วนใหญ่คิดว่าเป็นคอมพิวเตอร์ แทนที่จะเริ่มต้นด้วยข้อมูลอินพุต ดำเนินการชุดของการดำเนินการ และแสดงผลลัพธ์ มันทำงานโดยค้นหาความสอดคล้องภายใน qubits แต่ละตัวเป็นวงจรไฟฟ้าที่มีตัวนำยิ่งยวดซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็กที่เน้นขึ้น ลง หรือขึ้นและลง — การซ้อนทับกัน Qubits นั้น “ต่อสาย” เข้าด้วยกันโดยอนุญาตให้พวกมันโต้ตอบด้วยแม่เหล็ก

jumboslot

ในการรันระบบ ก่อนอื่นคุณต้องกำหนดสนามแม่เหล็กแนวนอน ซึ่งเริ่มต้น qubits ให้มีการทับซ้อนที่เท่ากันของการขึ้นและลง – เทียบเท่ากับกระดานชนวนที่ว่างเปล่า มีสองวิธีในการป้อนข้อมูล ในบางกรณี คุณแก้ไขเลเยอร์ของ qubits เป็นค่าอินพุตที่ต้องการ บ่อยขึ้น คุณรวมข้อมูลเข้าไว้ในจุดแข็งของการโต้ตอบ จากนั้นคุณปล่อยให้คิวบิตโต้ตอบ บางคนพยายามจัดแนวไปในทิศทางเดียวกัน บางคนไปในทิศทางตรงกันข้าม และภายใต้อิทธิพลของสนามแนวนอน พวกเขาพลิกไปยังการวางแนวที่ต้องการ การทำเช่นนี้อาจทำให้คิวบิตอื่นๆ พลิก ตอนแรกเกิดขึ้นบ่อยมาก เนื่องจากมีหลายอย่างที่ไม่ตรงแนว เมื่อเวลาผ่านไป พวกมันจะปักหลัก และคุณสามารถปิดฟิลด์แนวนอนเพื่อล็อคพวกมันเข้าที่ ณ จุดนั้น
ไม่ชัดเจนว่าการจัดเรียง qubit ขั้นสุดท้ายจะเป็นอย่างไร และนั่นคือประเด็น ระบบเพียงแค่ทำในสิ่งที่เป็นธรรมชาติ กำลังแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปต้องเผชิญ “เราไม่ต้องการอัลกอริธึม” ฮิเดโทชิ นิชิโมริ นักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียว ผู้พัฒนาหลักการทำงานของเครื่อง D-Wave อธิบาย “มันแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากการเขียนโปรแกรมทั่วไป ธรรมชาติแก้ปัญหาได้”
การพลิกกลับของ qubit นั้นขับเคลื่อนโดยการขุดอุโมงค์ควอนตัม ซึ่งเป็นแนวโน้มตามธรรมชาติที่ระบบควอนตัมต้องค้นหาการกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุด แทนที่จะเลือกสิ่งที่ดีที่สุดเป็นอันดับสอง คุณสามารถสร้างเครือข่ายแบบคลาสสิกที่ทำงานบนหลักการที่คล้ายคลึงกัน โดยใช้การกระตุกแบบสุ่มแทนที่จะใช้ช่องสัญญาณเพื่อให้บิตพลิก และในบางกรณี เครือข่ายอาจทำงานได้ดีกว่าจริง ๆ แต่ที่น่าสนใจสำหรับประเภทของปัญหาที่เกิดขึ้นในการเรียนรู้ของเครื่อง ดูเหมือนว่าเครือข่ายควอนตัมจะเข้าถึงจุดที่เหมาะสมได้เร็วกว่า
เครื่อง D-Wave มีผู้ว่า มีเสียงดังมากและในชาติปัจจุบันสามารถดำเนินการได้เฉพาะเมนูการทำงานที่ จำกัด แม้ว่าอัลกอริธึมการเรียนรู้ด้วยเครื่องจะทนต่อเสียงโดยธรรมชาติ พวกมันมีประโยชน์อย่างแม่นยำเพราะพวกมันสามารถเข้าใจถึงความเป็นจริงที่ยุ่งเหยิง แยกแยะลูกแมวจากลูกสุนัขกับฉากหลังของปลาเฮอริ่งแดง Behrman กล่าวว่า “โครงข่ายประสาทเทียมมีความทนทานต่อสัญญาณรบกวน
ในปี 2552 ทีมงานนำโดยHartmut Nevenนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ของ Google ผู้บุกเบิกเทคโนโลยีความจริงเสริม เขาร่วมก่อตั้งโครงการ Google Glass และจากนั้นก็นำการประมวลผลข้อมูลควอนตัม แสดงให้เห็นว่าเครื่อง D-Wave รุ่นแรกๆ สามารถทำงานเกี่ยวกับการเรียนรู้ด้วยเครื่องได้อย่างมีเกียรติได้อย่างไร โดยพื้นฐานแล้วพวกเขาใช้เป็นโครงข่ายประสาทเทียมชั้นเดียวที่จัดเรียงภาพออกเป็นสองประเภท: “รถ” หรือ “ไม่มีรถ” ในห้องสมุดที่มีฉากถนน 20,000 แห่ง เครื่องมี qubits ที่ใช้งานได้เพียง 52 คิวบิต ซึ่งน้อยมากเกินกว่าจะถ่ายภาพทั้งหมดได้ (ข้อควรจำ: เครื่อง D-Wave เป็นประเภทที่แตกต่างจากระบบ 50-qubit อันล้ำสมัยที่จะเปิดตัวในปี 2018) ดังนั้นทีมของ Neven จึงรวมเครื่องกับคอมพิวเตอร์คลาสสิกซึ่งวิเคราะห์ปริมาณทางสถิติต่างๆ ของรูปภาพและคำนวณว่าปริมาณเหล่านี้อ่อนไหวต่อการปรากฏตัวของรถมากเพียงใด โดยปกติแล้วจะไม่มากนัก แต่อย่างน้อยก็ดีกว่าการพลิกเหรียญ การรวมกันของปริมาณเหล่านี้บางส่วนสามารถระบุรถได้อย่างน่าเชื่อถือ แต่ก็ไม่ชัดเจนซึ่ง เป็นหน้าที่ของเครือข่ายที่ต้องค้นหา

slot

ทีมกำหนด qubit ให้กับแต่ละปริมาณ หาก qubit นั้นตกลงเป็นค่า 1 จะทำเครื่องหมายปริมาณที่เกี่ยวข้องว่ามีประโยชน์ 0 หมายถึงไม่ต้องรบกวน ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กของ qubits เข้ารหัสความต้องการของปัญหา เช่น การรวมเฉพาะปริมาณที่เลือกปฏิบัติมากที่สุด เพื่อให้การเลือกขั้นสุดท้ายมีขนาดกะทัดรัดที่สุด ส่งผลให้สามารถตรวจพบรถได้
ปีที่แล้ว กลุ่มที่นำโดยMaria Spiropuluนักฟิสิกส์อนุภาคที่ California Institute of Technology และDaniel Lidarนักฟิสิกส์ที่ USC ได้ใช้อัลกอริทึมนี้กับปัญหาทางฟิสิกส์เชิงปฏิบัติ โดยจำแนกการชนโปรตอนเป็น “Higgs boson” หรือ “no Higgs boson” ” พวกเขาใช้ทฤษฎีอนุภาคพื้นฐานในการทำนายว่าคุณสมบัติของโฟตอนใดที่อาจหักหลังการมีอยู่ชั่วครู่ของฮิกส์ เช่น โมเมนตัมที่เกินเกณฑ์บางอย่าง พวกเขาพิจารณาคุณสมบัติดังกล่าวแปดประการและการผสมผสานกัน 28 รายการสำหรับสัญญาณผู้สมัครทั้งหมด 36 รายการและปล่อยให้ D-Wave รุ่นสุดท้ายที่มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนียค้นหาตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด มันระบุตัวแปร 16 ตัวมีประโยชน์และสามตัวแปรดีที่สุด เครื่องควอนตัมต้องการข้อมูลน้อยกว่าขั้นตอนมาตรฐานเพื่อระบุตัวตนที่ถูกต้อง “หากว่าชุดฝึกอบรมมีขนาดเล็ก วิธีควอนตัมก็ให้ข้อได้เปรียบด้านความแม่นยำมากกว่าวิธีการแบบเดิมที่ใช้ในชุมชนฟิสิกส์พลังงานสูง” ลิดาร์กล่าว

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on งานที่หนึ่งสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม: เพิ่มปัญญาประดิษฐ์

Quantum Supremacy กำลังมา: นี่คือสิ่งที่คุณควรทราบ

Quantum Supremacy กำลังมา: นี่คือสิ่งที่คุณควรทราบ

jumbo jili

คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะไม่แทนที่คอมพิวเตอร์ “คลาสสิก” อย่างสมบูรณ์เช่นอุปกรณ์ที่คุณกำลังอ่านบทความนี้ พวกเขาจะไม่เปิดเว็บเบราว์เซอร์ ช่วยเรื่องภาษี หรือสตรีมวิดีโอล่าสุดจาก Netflix
สิ่งที่พวกเขาจะทำ — อย่างน้อยที่หวังมานาน — จะเป็นการนำเสนอวิธีการคำนวณบางอย่างที่แตกต่างไปจากเดิม พวกเขาจะสามารถแก้ปัญหาที่ต้องใช้เวลาหลายพันล้านปีในการดำเนินการกับคอมพิวเตอร์คลาสสิกที่รวดเร็ว พวกมันจะเปิดใช้งานการจำลองระบบควอนตัมที่ซับซ้อน เช่น โมเลกุลทางชีววิทยา หรือเสนอวิธีการแยกตัวประกอบจำนวนมากอย่างไม่น่าเชื่อ ซึ่งจะทำลายรูปแบบการเข้ารหัสที่มีมายาวนาน

สล็อต

เกณฑ์ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมข้ามจากการเป็นโครงการวิจัยที่น่าสนใจไปจนถึงการทำสิ่งต่าง ๆ ที่ไม่มีคอมพิวเตอร์คลาสสิกสามารถทำได้เรียกว่า “อำนาจสูงสุดของควอนตัม” หลายคนเชื่อว่าโครงการคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ Google จะประสบความสำเร็จในปลายปีนี้ ในความคาดหมายของเหตุการณ์นั้น เราได้จัดทำคู่มือนี้สำหรับผู้ที่อยากรู้อยากเห็นเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม ซึ่งจะให้ข้อมูลที่คุณจะต้องเข้าใจความหมายของควอนตัมสูงสุด และไม่ว่าจะบรรลุผลสำเร็จจริงหรือไม่
อำนาจสูงสุดของควอนตัมคืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ
เพื่อให้ได้มาซึ่งอำนาจสูงสุดของควอนตัม คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะต้องทำการคำนวณใดๆ ซึ่งสำหรับวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติทั้งหมด คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถทำได้
ในแง่หนึ่ง เหตุการณ์สำคัญเป็นเรื่องของเทียม งานที่จะใช้ในการทดสอบอำนาจสูงสุดของควอนตัมนั้นถูกประดิษฐ์ขึ้น – เป็นเคล็ดลับในห้องนั่งเล่นมากกว่าความก้าวหน้าที่มีประโยชน์ (เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในไม่ช้า) ด้วยเหตุผลดังกล่าว ไม่ใช่ความพยายามอย่างจริงจังทั้งหมดในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยมุ่งเป้าไปที่อำนาจสูงสุดของควอนตัมโดยเฉพาะ “อำนาจสูงสุดของควอนตัม เราไม่ได้ใช้ [คำ] เลย” โรเบิร์ต ซูเตอร์ ผู้บริหารที่รับผิดชอบกลยุทธ์การคำนวณควอนตัมของไอบีเอ็มกล่าว “เราไม่สนใจเรื่องนี้เลย”
แต่ในอีกทางหนึ่ง อำนาจสูงสุดของควอนตัมจะเป็นช่วงเวลาแห่งการเปลี่ยนแปลงในประวัติศาสตร์ของการคำนวณ ในระดับพื้นฐานที่สุด มันสามารถนำไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แท้จริงแล้วมีประโยชน์สำหรับปัญหาในทางปฏิบัติบางอย่าง
มีเหตุผลทางประวัติศาสตร์สำหรับมุมมองนี้ ในปี 1990 อัลกอริธึมควอนตัมตัวแรกสามารถแก้ปัญหาที่ไม่มีใครสนใจจริงๆ แต่นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่ออกแบบพวกเขาได้เรียนรู้สิ่งต่าง ๆ ที่พวกเขาสามารถนำไปใช้กับการพัฒนาอัลกอริธึมที่ตามมา (เช่น อัลกอริธึมของ Shor สำหรับการแยกตัวประกอบจำนวนมาก) ที่มีผลในทางปฏิบัติมหาศาล
“ฉันไม่คิดว่าอัลกอริธึมเหล่านั้นจะมีอยู่จริงหากชุมชนไม่ได้ทำงานในตอนแรกกับคำถามที่ว่า ‘คอมพิวเตอร์ควอนตัมดีในหลักการอะไร’ โดยไม่ต้องกังวลเรื่องมูลค่าการใช้ทันที” บิล เฟฟเฟอร์แมน นักวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก กล่าว
โลกคอมพิวเตอร์ควอนตัมหวังว่ากระบวนการนี้จะทำซ้ำได้ในขณะนี้ ด้วยการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เอาชนะคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก แม้ในการแก้ปัญหาที่ไร้ประโยชน์เพียงปัญหาเดียว นักวิจัยสามารถเรียนรู้สิ่งต่าง ๆ ที่จะช่วยให้พวกเขาสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประโยชน์ในวงกว้างในภายหลังได้
Fernando Brandãoนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจาก California Institute of Technology และนักวิจัยของ Google กล่าวว่า “ก่อนจะมีอำนาจสูงสุด มีโอกาสเป็นศูนย์ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะทำอะไรก็ได้ที่น่าสนใจ “อำนาจสูงสุดเป็นก้าวสำคัญที่จำเป็น”
นอกจากนี้ อำนาจสูงสุดของควอนตัมจะเป็นแผ่นดินไหวในสาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี สาขานี้ดำเนินการภายใต้สมมติฐานที่เรียกว่า “วิทยานิพนธ์ Church-Turing แบบขยาย” เป็นเวลาหลายสิบปี ซึ่งกล่าวว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกสามารถคำนวณได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งคอมพิวเตอร์ประเภทอื่นๆ สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อำนาจสูงสุดของควอนตัมจะเป็นการละเมิดการทดลองครั้งแรกของหลักการดังกล่าว และจะนำวิทยาการคอมพิวเตอร์ไปสู่โลกใหม่ทั้งใบ “อำนาจสูงสุดของควอนตัมจะเป็นความก้าวหน้าขั้นพื้นฐานในวิธีที่เรามองการคำนวณ” อดัม โบแลนด์นักวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ กล่าว
คุณแสดงให้เห็นถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัมอย่างไร?
โดยการแก้ปัญหาบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัญหาอาจเป็นอะไรก็ได้ที่คุณต้องการ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วคาดว่าการสาธิตครั้งแรกของอำนาจสูงสุดของควอนตัมจะเกี่ยวข้องกับปัญหาเฉพาะที่เรียกว่า “การสุ่มตัวอย่างวงจรแบบสุ่ม”
ตัวอย่างง่ายๆ ของปัญหาการสุ่มตัวอย่างแบบสุ่มคือโปรแกรมที่จำลองการหมุนของแม่พิมพ์ที่ยุติธรรม โปรแกรมดังกล่าวทำงานอย่างถูกต้องเมื่อสุ่มตัวอย่างจากผลลัพธ์ที่เป็นไปได้อย่างเหมาะสม โดยสร้างตัวเลขหกตัวแต่ละตัวบนแม่พิมพ์หนึ่งในหกของเวลาที่คุณเรียกใช้โปรแกรมซ้ำๆ
แทนที่จะเป็นแม่พิมพ์ ปัญหาที่เป็นตัวเลือกสำหรับควอนตัมสูงสุดขอให้คอมพิวเตอร์สุ่มตัวอย่างจากเอาต์พุตที่เป็นไปได้ของวงจรควอนตัมแบบสุ่มอย่างถูกต้อง ซึ่งเหมือนกับชุดของการกระทำที่สามารถทำได้บนชุดของควอนตัมบิตหรือคิวบิต ลองพิจารณาวงจรที่ทำหน้าที่ 50 qubits เมื่อ qubits ผ่านวงจร สถานะของ qubits จะพันกันหรือพันกันในสิ่งที่เรียกว่าการทับซ้อนของควอนตัม เป็นผลให้เมื่อสิ้นสุดวงจร 50 qubits อยู่ใน superposition ของ 2 50สถานะที่เป็นไปได้ หากคุณวัด qubits ทะเลของความเป็นไปได้2 50 รายการจะยุบเป็นสตริงเดียวที่ 50 บิต มันเหมือนกับการกลิ้งลูกเต๋า ยกเว้นแต่แทนที่จะเป็นหกความเป็นไปได้ที่คุณมี 2 50หรือ 1 พันล้านล้าน และความเป็นไปได้ไม่ทั้งหมดจะเกิดขึ้นเท่ากัน
คอมพิวเตอร์ควอนตัมซึ่งสามารถใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะของควอนตัมอย่างหมดจด เช่น การซ้อนทับและการพัวพัน ควรจะสามารถผลิตชุดตัวอย่างจากวงจรสุ่มนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งตามการแจกแจงที่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม สำหรับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก ไม่มีอัลกอริธึมที่รวดเร็วสำหรับการสร้างตัวอย่างเหล่านี้ ดังนั้นเมื่อช่วงของตัวอย่างที่เป็นไปได้เพิ่มขึ้น คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกก็จะถูกครอบงำอย่างรวดเร็วโดยงานนี้
รออะไร?
ตราบใดที่วงจรควอนตัมยังเล็กอยู่ คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกก็สามารถติดตามได้ ดังนั้น เพื่อแสดงให้เห็นถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัมผ่านปัญหาการสุ่มตัวอย่างวงจรสุ่ม วิศวกรจำเป็นต้องสามารถสร้างวงจรควอนตัมได้อย่างน้อยในขนาดขั้นต่ำที่แน่นอน และจนถึงตอนนี้ก็ยังทำไม่ได้
ขนาดวงจรกำหนดโดยจำนวน qubits ที่คุณเริ่มต้น รวมกับจำนวนครั้งที่คุณจัดการกับ qubits เหล่านั้น การจัดการในคอมพิวเตอร์ควอนตัมดำเนินการโดยใช้ “ประตู” เช่นเดียวกับในคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก เกทประเภทต่างๆ จะเปลี่ยน qubits ในรูปแบบต่างๆ — บางตัวเปลี่ยนค่าของ qubit เดียว ในขณะที่บางตัวรวม qubits สองอันในรูปแบบที่ต่างกัน หากคุณเรียกใช้ qubits ของคุณผ่าน 10 ประตู คุณจะบอกว่าวงจรของคุณมี “ความลึก” 10
ไม่เหมือนการยิงจรวดหรือระเบิดนิวเคลียร์ ที่คุณแค่ดูและรู้ทันทีว่ามันสำเร็จหรือไม่
สกอตต์ อารอนสัน
เพื่อให้ได้ควอนตัมสูงสุด นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ประเมินว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะต้องแก้ปัญหาสุ่มตัวอย่างวงจรสุ่มสำหรับวงจรในสนามเบสบอล 70 ถึง 100 คิวบิตที่มีความลึกประมาณ 10 ถ้าวงจรมีขนาดเล็กกว่านั้นมาก คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก อาจจะยังคงจัดการเพื่อจำลองมัน – และเทคนิคการจำลองคลาสสิกที่มีการปรับปรุงตลอดเวลา

สล็อตออนไลน์

ทว่าปัญหาของวิศวกรควอนตัมในขณะนี้คือเมื่อจำนวน qubits และ gate เพิ่มขึ้น อัตราความผิดพลาดก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และถ้าอัตราความผิดพลาดสูงเกินไป คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะสูญเสียข้อได้เปรียบเหนือคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก
มีหลายสาเหตุของข้อผิดพลาดในวงจรควอนตัม สิ่งที่สำคัญที่สุดคือข้อผิดพลาดที่สะสมในการคำนวณทุกครั้งที่วงจรดำเนินการเกท
ในขณะนี้ ประตูควอนตัมสองคิวบิตที่ดีที่สุดมีอัตราความผิดพลาดประมาณ 0.5% ซึ่งหมายความว่ามีข้อผิดพลาดประมาณหนึ่งรายการสำหรับการดำเนินการทุกๆ 200 รายการ ซึ่งสูงกว่าอัตราความผิดพลาดอย่างมากในวงจรคลาสสิกมาตรฐาน ซึ่งมีข้อผิดพลาดประมาณ 1 ครั้งในทุกๆ 10 17ครั้ง เพื่อแสดงให้เห็นถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัม วิศวกรจะต้องลดอัตราความผิดพลาดสำหรับเกทสองคิวบิตให้เหลือประมาณ 0.1%
เราจะรู้ได้อย่างไรว่ามีการแสดงอำนาจสูงสุดของควอนตัม?
เหตุการณ์สำคัญบางอย่างมีความชัดเจน อำนาจสูงสุดของควอนตัมไม่ได้เป็นหนึ่งในนั้น สก็อตต์ แอรอนสันนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยเทกซัส ออสตินกล่าวว่า “ไม่ใช่เหมือนกับการปล่อยจรวดหรือการระเบิดของนิวเคลียร์ ที่คุณเพียงแค่เฝ้าดูและรู้ทันทีว่ามันสำเร็จหรือไม่”
ในการตรวจสอบอำนาจสูงสุดของควอนตัม คุณต้องแสดงสองสิ่ง: คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำการคำนวณอย่างรวดเร็ว และคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกไม่สามารถทำการคำนวณแบบเดียวกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
มันเป็นส่วนที่สองที่ยากที่สุด คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกมักจะแก้ปัญหาบางประเภทได้ดีกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์คาดไว้ จนกว่าคุณจะได้พิสูจน์ว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถทำอะไรได้อย่างมีประสิทธิภาพ ก็มีโอกาสที่จะมีอัลกอริธึมแบบคลาสสิกที่ดีกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าอยู่เสมอ การพิสูจน์ว่าอัลกอริธึมดังกล่าวไม่มีอยู่จริงอาจมากกว่าที่คนส่วนใหญ่ต้องการเพื่อที่จะเชื่อคำกล่าวอ้างของอำนาจสูงสุดของควอนตัม แต่การอ้างสิทธิ์ดังกล่าวอาจต้องใช้เวลาสักระยะกว่าจะได้รับการยอมรับ
มีใครเข้าใกล้ความสำเร็จมากแค่ไหน?
โดยหลายบัญชี Google กำลังเคาะประตูของควอนตัมอำนาจสูงสุดและสามารถแสดงให้เห็นถึงมันก่อนสิ้นปีนี้ (แน่นอนเดียวกันก็บอกว่าในปี 2017 .) แต่จำนวนของกลุ่มอื่น ๆ ที่มีศักยภาพในการบรรลุอำนาจสูงสุดของควอนตัมในเร็ว ๆ นี้รวมทั้งผู้ที่IBM , IonQ , Rigettiและมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์
กลุ่มเหล่านี้ใช้วิธีการที่แตกต่างกันหลายประการในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม Google, IBM และ Rigetti ทำการคำนวณควอนตัมโดยใช้วงจรตัวนำยิ่งยวด IonQ ใช้ไอออนที่ดักจับ ความคิดริเริ่มที่ฮาร์วาร์นำโดยมิคาอิล Lukinใช้อะตอมรูบิเดียม แนวทางของ Microsoft ซึ่งเกี่ยวข้องกับ ” topological qubits ” ดูเหมือนจะใช้เวลานานกว่า
แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสีย
วงจรควอนตัมตัวนำยิ่งยวดมีข้อได้เปรียบในการทำจากวัสดุโซลิดสเตต พวกเขาสามารถสร้างขึ้นด้วยเทคนิคการประดิษฐ์ที่มีอยู่ และพวกเขาดำเนินการประตูอย่างรวดเร็วมาก นอกจากนี้ qubits จะไม่เคลื่อนที่ไปรอบๆ ซึ่งอาจเป็นปัญหากับเทคโนโลยีอื่นๆ แต่พวกมันยังต้องถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมาก และแต่ละ qubit ในชิปตัวนำยิ่งยวดจะต้องได้รับการสอบเทียบแยกกัน ซึ่งทำให้ยากต่อการปรับสเกลเทคโนโลยีให้เป็น qubits นับพัน (หรือมากกว่านั้น) ที่จำเป็นสำหรับการใช้งานที่มีประโยชน์จริงๆ คอมพิวเตอร์ควอนตัม

jumboslot

กับดักไอออนมีจุดแข็งและจุดอ่อนที่ตัดกัน อิออนแต่ละตัวเหมือนกัน ซึ่งช่วยในการผลิต และกับดักไอออนทำให้คุณมีเวลามากขึ้นในการคำนวณก่อนที่คิวบิตจะเต็มไปด้วยเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อม แต่ประตูที่ใช้ในการทำงานกับไอออนนั้นช้ามาก (ช้ากว่าเกทตัวนำยิ่งยวดหลายพันเท่า) และไอออนแต่ละตัวสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้เมื่อคุณไม่ต้องการให้พวกมันทำ
ในขณะนี้ วงจรควอนตัมตัวนำยิ่งยวดดูเหมือนจะก้าวหน้าเร็วที่สุด แต่มีอุปสรรคด้านวิศวกรรมที่ร้ายแรงซึ่งต้องเผชิญกับแนวทางที่แตกต่างกันทั้งหมด จำเป็นต้องมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีครั้งสำคัญก่อนที่จะสามารถสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบที่ผู้คนใฝ่ฝัน “ฉันได้ยินมาว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจต้องมีการประดิษฐ์ที่คล้ายคลึงกับทรานซิสเตอร์ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำซึ่งทำงานแทบไม่มีที่ติและสามารถปรับขนาดได้ง่าย” Bouland กล่าว “ในขณะที่การทดลองล่าสุดมีความคืบหน้าที่น่าประทับใจ แต่ความโน้มเอียงของฉันคือยังไม่พบสิ่งนี้”
บอกว่าอำนาจสูงสุดของควอนตัมได้รับการพิสูจน์แล้ว ตอนนี้อะไร?
หากคอมพิวเตอร์ควอนตัมประสบความสำเร็จสูงสุดสำหรับงานประดิษฐ์ เช่น การสุ่มตัวอย่างวงจรแบบสุ่ม คำถามต่อไปที่ชัดเจนคือ: ตกลง แล้วเมื่อใดจึงจะทำสิ่งที่มีประโยชน์
เหตุการณ์สำคัญที่มีประโยชน์บางครั้งเรียกว่าข้อได้เปรียบควอนตัม “ข้อได้เปรียบของควอนตัมคือแนวคิดที่ว่า: สำหรับกรณีการใช้งานจริง เช่น บริการทางการเงิน, AI, เคมี คุณจะมองเห็นได้เมื่อใด และคุณจะมองเห็นได้อย่างไรว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมกำลังทำสิ่งที่ดีกว่าอย่างเห็นได้ชัด มาตรฐานคลาสสิกที่รู้จักหรือไม่” Sutor ของ IBM ซึ่งมีลูกค้าองค์กรจำนวนมากเช่น JPMorgan Chase และ Mercedes-Benz ที่เริ่มสำรวจแอปพลิเคชันของชิปควอนตัมของ IBM กล่าว
เหตุการณ์สำคัญประการที่สองคือการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนต่อข้อผิดพลาด คอมพิวเตอร์เหล่านี้จะสามารถแก้ไขข้อผิดพลาดภายในการคำนวณได้แบบเรียลไทม์ โดยหลักการแล้วช่วยให้สามารถคำนวณควอนตัมที่ปราศจากข้อผิดพลาดได้ แต่ข้อเสนอชั้นนำสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดหรือที่เรียกว่า “รหัสพื้นผิว” ต้องใช้ค่าใช้จ่ายมหาศาลของ qubit ที่แก้ไขข้อผิดพลาดหลายพันตัวสำหรับ qubit “ตรรกะ” แต่ละตัวที่คอมพิวเตอร์ใช้เพื่อดำเนินการคำนวณจริง สิ่งนี้ทำให้ความทนทานต่อข้อผิดพลาดเกินกว่าสถานะปัจจุบันของการคำนวณควอนตัม เป็นคำถามเปิดกว้างว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะต้องทนต่อความผิดพลาดก่อนที่จะสามารถทำอะไรที่เป็นประโยชน์ได้จริงหรือไม่ “มีแนวคิดมากมาย” บรันเดากล่าว “แต่ไม่มีอะไรแน่นอน”
Popescu, Oppenheim, Renner และกลุ่มของพวกเขาต่างก็แสวงหาการค้นพบที่เป็นรูปธรรมมากขึ้น ในเดือนมีนาคม Oppenheim และนักวิจัยหลังปริญญาเอกของเขา Lluis Masanes ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งเป็นคำที่สับสนในอดีตเกี่ยวกับความเป็นไปไม่ได้ที่จะไปถึงอุณหภูมิสัมบูรณ์โดยใช้ทฤษฎีข้อมูลควอนตัม พวกเขาแสดงให้เห็นว่า “ขีดจำกัดความเร็วในการทำความเย็น” ที่ขัดขวางไม่ให้คุณไปถึงศูนย์สัมบูรณ์นั้นเกิดจากการจำกัดความเร็วในการส่งข้อมูลออกจากอนุภาคในวัตถุขนาดจำกัด การจำกัดความเร็วอาจเกี่ยวข้องกับความสามารถในการทำความเย็นของตู้เย็นควอนตัม เช่นเดียวกับที่รายงานในการพิมพ์ล่วงหน้าในเดือนกุมภาพันธ์ ในปี 2558 Oppenheim และผู้ร่วมงานคนอื่น ๆแสดงให้เห็นกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ถูกแทนที่บนมาตราส่วนควอนตัมด้วย “กฎ” ที่สอง – ข้อ จำกัด ในการแจกแจงความน่าจะเป็นที่กำหนดสถานะทางกายภาพของอนุภาครวมถึงในเครื่องยนต์ควอนตัม

slot

ในขณะที่ขอบเขตของอุณหพลศาสตร์ควอนตัมเติบโตอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดวิธีการและการค้นพบที่หลากหลาย นักอุณหพลศาสตร์แบบดั้งเดิมบางคนเห็นความยุ่งเหยิง Peter Hänggiนักวิจารณ์แกนนำแห่งมหาวิทยาลัยเอาก์สบูร์กในเยอรมนี คิดว่าความสำคัญของข้อมูลกำลังถูกขายมากเกินไปโดยอดีตผู้ปฏิบัติงานด้านควอนตัมคอมพิวติ้ง ซึ่งเขากล่าวว่าจักรวาลนี้เป็นตัวประมวลผลข้อมูลควอนตัมขนาดยักษ์ แทนที่จะเป็นสิ่งที่จับต้องได้ เขากล่าวหาว่านักทฤษฎีข้อมูลควอนตัมสร้างความสับสนให้กับเอนโทรปีประเภทต่างๆ เช่น เทอร์โมไดนามิกส์และทฤษฎีข้อมูล และใช้เอนโทรปีแบบหลังในขอบเขตที่ไม่เกี่ยวข้อง อสูรของ Maxwell “ทำให้ฉันวิตก” Hänggi กล่าว เมื่อถูกถามเกี่ยวกับ “กฎ” ประการที่สองของบริษัท Oppenheim และ “กฎ” ของอุณหพลศาสตร์ เขากล่าวว่า “คุณเห็นไหมว่าทำไมความดันโลหิตของฉันถึงสูงขึ้น”

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on Quantum Supremacy กำลังมา: นี่คือสิ่งที่คุณควรทราบ

การปฏิวัติทางอุณหพลศาสตร์ควอนตัม

การปฏิวัติทางอุณหพลศาสตร์ควอนตัม

jumbo jili

ในหนังสือของเขาในปี ค.ศ. 1824 เรื่อง Reflections on the Motive Power of Fire วิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot วัย 28 ปี ได้คิดค้นสูตรว่าเครื่องยนต์ไอน้ำสามารถแปลงความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งปัจจุบันทราบกันดีอยู่แล้วว่าเป็นพลังงานสุ่มกระจายไปสู่การทำงาน พลังงานที่เป็นระเบียบที่อาจดันลูกสูบหรือหมุนวงล้อ สิ่งที่ Carnot แปลกใจก็คือ เขาค้นพบว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่สมบูรณ์แบบนั้นขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแหล่งความร้อนของเครื่องยนต์ (โดยทั่วไปคือไฟ) และแผ่นระบายความร้อน (โดยทั่วไปคืออากาศภายนอก) งานเป็นผลพลอยได้ Carnot ตระหนักโดยธรรมชาติแล้วความร้อนจะผ่านไปยังร่างกายที่เย็นกว่าจากที่อุ่นกว่า

สล็อต

คาร์โนต์เสียชีวิตด้วยอหิวาตกโรคเมื่อแปดปีต่อมา ก่อนที่เขาจะได้เห็นสูตรประสิทธิภาพของเขาพัฒนาในศตวรรษที่ 19 ไปสู่ทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งเป็นชุดของกฎสากลที่กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ ความร้อน งาน พลังงาน และเอนโทรปี ซึ่งเป็นการวัดระดับพลังงานที่ไม่หยุดนิ่ง แพร่กระจายจากร่างกายที่มีมากไปน้อย กฎของอุณหพลศาสตร์ไม่เพียงแต่ใช้กับเครื่องยนต์ไอน้ำเท่านั้นแต่ยังใช้ได้กับทุกอย่าง เช่น ดวงอาทิตย์ หลุมดำสิ่งมีชีวิตและทั้งจักรวาล ทฤษฎีนี้เรียบง่ายและเป็นแบบทั่วไปที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ถือว่ามีแนวโน้มว่า “จะไม่มีวันล้มล้าง”
นับตั้งแต่เริ่มต้น อุณหพลศาสตร์มีสถานะที่แปลกประหลาดอย่างแปลกประหลาดท่ามกลางทฤษฎีธรรมชาติ
“ถ้าทฤษฎีทางกายภาพเป็นคนอุณหพลศาสตร์จะเป็นแม่มดหมู่บ้าน” ฟิสิกส์ Lidia del Rio และผู้เขียนร่วมเขียนปีที่แล้วในวารสารทางฟิสิกส์ “ทฤษฏีอื่น ๆ พบว่าเธอค่อนข้างแปลก มีลักษณะที่แตกต่างจากที่อื่น แต่ทุกคนก็มาหาเธอเพื่อขอคำแนะนำ และไม่มีใครกล้าที่จะโต้แย้งกับเธอ”
ต่างจากแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคซึ่งพยายามทำความเข้าใจกับสิ่งที่มีอยู่ กฎของอุณหพลศาสตร์บอกแต่สิ่งที่ทำได้และไม่สามารถทำได้ แต่สิ่งหนึ่งที่แปลกประหลาดที่สุดเกี่ยวกับทฤษฎีนี้คือกฎเหล่านี้ดูเหมือนเป็นอัตนัย ก๊าซที่ทำจากอนุภาคซึ่งโดยรวมแล้วทั้งหมดดูเหมือนจะมีอุณหภูมิเท่ากัน ดังนั้นจึงไม่สามารถทำงานได้ เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิด อาจมีความแตกต่างของอุณหภูมิระดับจุลทรรศน์ที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ ดังที่ James Clerk Maxwell นักฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 19 กล่าวไว้ “แนวคิดเรื่องการกระจายพลังงานขึ้นอยู่กับขอบเขตของความรู้ของเรา”
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความเข้าใจเชิงปฏิวัติของอุณหพลศาสตร์ได้เกิดขึ้นที่อธิบายอัตวิสัยนี้โดยใช้ทฤษฎีข้อมูลควอนตัม – “เด็กเตาะแตะในทฤษฎีทางกายภาพ” ตามที่เดลริโอและผู้เขียนร่วมกล่าวไว้ ซึ่งอธิบายการแพร่กระจายของข้อมูลผ่านระบบควอนตัม เช่นเดียวกับที่เทอร์โมไดนามิกส์เติบโตขึ้นจากการพยายามปรับปรุงเครื่องยนต์ไอน้ำ นักอุณหพลศาสตร์ในปัจจุบันกำลังครุ่นคิดถึงการทำงานของเครื่องจักรควอนตัม เทคโนโลยีการหดตัว — เครื่องยนต์ไอออนเดียวและตู้เย็นสามอะตอม ทั้งคู่ได้รับการทดลองเป็นครั้งแรกภายในปีที่ผ่านมา — กำลังบังคับให้พวกเขาขยายอุณหพลศาสตร์ไปยังขอบเขตควอนตัม ซึ่งความคิดเช่นอุณหภูมิและงานสูญเสียความหมายตามปกติ และ กฎคลาสสิกไม่จำเป็นต้องใช้
พวกเขาได้พบกฎหมายฉบับใหม่ที่เป็นควอนตัมที่ขยายขนาดไปถึงต้นฉบับ การเขียนทฤษฎีใหม่จากล่างขึ้นบนได้นำผู้เชี่ยวชาญมาดัดแปลงแนวคิดพื้นฐานในแง่ของธรรมชาติเชิงอัตวิสัย และเพื่อคลี่คลายความสัมพันธ์ที่ลึกซึ้งและบ่อยครั้งที่น่าประหลาดใจระหว่างพลังงานและข้อมูล ซึ่งเป็นนามธรรม 1 และ 0 ที่ทำให้สถานะทางกายภาพมีความโดดเด่นและความรู้เป็น วัด “อุณหพลศาสตร์ควอนตัม” เป็นสาขาวิชาที่กำลังสร้าง โดยมีการผสมผสานระหว่างความอุดมสมบูรณ์และความสับสน
“เรากำลังเข้าสู่โลกใหม่ที่กล้าหาญของอุณหพลศาสตร์” แซนดู โปเปสคูนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบริสตอล ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้นำของความพยายามในการวิจัยกล่าว “แม้ว่าจะเริ่มต้นได้ดีมากก็ตาม” เขากล่าว โดยอ้างถึงเทอร์โมไดนามิกส์แบบคลาสสิก “ตอนนี้เรากำลังมองมันในวิธีใหม่ทั้งหมด”
เอนโทรปีเป็นความไม่แน่นอน
ในจดหมายฉบับหนึ่งถึงปี ค.ศ. 1867 ที่ส่งถึงเพื่อนชาวสกอตปีเตอร์ เทอิต แมกซ์เวลล์บรรยายถึงความขัดแย้งที่โด่งดังในขณะนี้ซึ่งบอกใบ้ถึงความเชื่อมโยงระหว่างอุณหพลศาสตร์และข้อมูล ความขัดแย้งที่เกี่ยวข้องกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ – กฎที่เอนโทรปีมักจะเพิ่มขึ้น – ซึ่งเซอร์อาร์เธอร์เอดดิงตันกล่าวในภายหลังว่า “ดำรงตำแหน่งสูงสุดท่ามกลางกฎแห่งธรรมชาติ” ตามกฎข้อที่สอง พลังงานจะกลายเป็นสิ่งที่ไม่เป็นระเบียบมากขึ้นและมีประโยชน์น้อยลงเมื่อพลังงานแพร่กระจายไปยังวัตถุที่เย็นกว่าจากที่ร้อนกว่าและความแตกต่างของอุณหภูมิจะลดลง (จำได้ว่าการค้นพบของคาร์โนต์ว่าคุณต้องการร่างกายที่ร้อนและร่างกายที่เย็นชาเพื่อทำงาน) ไฟไหม้ดับไป กาแฟเย็น ๆ สักแก้ว และจักรวาลก็พุ่งไปสู่สภาวะที่มีอุณหภูมิสม่ำเสมอที่เรียกว่า “ความร้อนตาย” หลังจากนั้นก็ไม่สามารถทำงานได้อีกต่อไป จะทำ
นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียผู้ยิ่งใหญ่ Ludwig Boltzmann แสดงให้เห็นว่าพลังงานกระจายตัวและเอนโทรปีเพิ่มขึ้นตามสถิติง่ายๆ: มีหลายวิธีในการแพร่กระจายพลังงานระหว่างอนุภาคในระบบมากกว่าการกระจุกตัวในบางส่วน ดังนั้นเมื่ออนุภาคเคลื่อนที่ไปมาและ มีปฏิสัมพันธ์โดยธรรมชาติแล้วพวกมันมักจะมุ่งสู่สถานะที่มีการแบ่งปันพลังงานของพวกเขามากขึ้น
แต่จดหมายของแมกซ์เวลล์อธิบายถึงการทดลองทางความคิดซึ่งผู้รู้แจ้งซึ่งต่อมาเรียกว่าอสูรของแมกซ์เวลล์ ใช้ความรู้เพื่อลดเอนโทรปีและละเมิดกฎข้อที่สอง ปีศาจรู้ตำแหน่งและความเร็วของทุกโมเลกุลในภาชนะบรรจุก๊าซ โดยการแบ่งภาชนะและการเปิดและปิดประตูเล็ก ๆ ระหว่างห้องทั้งสอง ปีศาจปล่อยให้โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วเข้าด้านหนึ่งเท่านั้น ในขณะที่ปล่อยให้โมเลกุลที่ช้าเท่านั้นที่จะไปอีกทางหนึ่ง การกระทำของปีศาจแบ่งแก๊สออกเป็นร้อนและเย็น โดยเน้นพลังงานและลดเอนโทรปีโดยรวม ก๊าซที่ครั้งหนึ่งเคยไร้ประโยชน์สามารถนำไปใช้งานได้แล้ว
แมกซ์เวลล์และคนอื่นๆ สงสัยว่ากฎของธรรมชาติสามารถพึ่งพาความรู้หรือความไม่รู้ของตำแหน่งและความเร็วของโมเลกุลได้อย่างไร หากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ขึ้นอยู่กับข้อมูลของบุคคล ความจริงในแง่ใด
อีกหนึ่งศตวรรษต่อมา นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันCharles Bennett ที่สร้างงานโดย Leo Szilard และ Rolf Landauer ได้แก้ไขความขัดแย้งด้วยการเชื่อมโยงอุณหพลศาสตร์อย่างเป็นทางการกับวิทยาศาสตร์ข้อมูลรุ่นใหม่ เบนเน็ตต์แย้งว่าความรู้ของปีศาจนั้นถูกเก็บไว้ในความทรงจำของมัน และต้องล้างความทรงจำ ซึ่งต้องใช้ความพยายาม (ในปี 1961 รถ Landauer คำนวณว่าที่อุณหภูมิห้อง คอมพิวเตอร์จะใช้พลังงานอย่างน้อย 2.9 zeptojoules เพื่อลบข้อมูลที่เก็บไว้หนึ่งบิต) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ขณะที่ปีศาจจัดแก๊สให้เป็นร้อนและเย็นและลดเอนโทรปีของแก๊ส สมองของมันเผาผลาญพลังงานและสร้างเอนโทรปีมากเกินพอที่จะชดเชยได้ เอนโทรปีโดยรวมของระบบแก๊ส-ปีศาจเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นไปตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
ผลการวิจัยพบว่า ดังที่ Landauer กล่าวไว้ “ข้อมูลเป็นสิ่งที่เป็นรูปธรรม” ยิ่งคุณมีข้อมูลมากเท่าใด คุณก็ยิ่งดึงข้อมูลงานได้มากขึ้นเท่านั้น อสูรของ Maxwell สามารถบีบแก๊สที่อุณหภูมิเดียวได้ เพราะมันมีข้อมูลมากกว่าผู้ใช้ทั่วไป

สล็อตออนไลน์

แต่ต้องใช้เวลาอีกครึ่งศตวรรษและการเพิ่มขึ้นของทฤษฎีข้อมูลควอนตัม ซึ่งเป็นสาขาที่เกิดจากการแสวงหาคอมพิวเตอร์ควอนตัม เพื่อให้นักฟิสิกส์สำรวจความหมายที่น่าตกใจได้อย่างเต็มที่
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา Popescu และเพื่อนร่วมงานในบริสตอลของเขาพร้อมกับกลุ่มอื่น ๆได้แย้งว่าพลังงานแพร่กระจายไปยังวัตถุเย็นจากวัตถุร้อนเนื่องจากวิธีที่ข้อมูลแพร่กระจายระหว่างอนุภาค ตามทฤษฎีควอนตัม คุณสมบัติทางกายภาพของอนุภาคมีความน่าจะเป็น แทนที่จะแสดงเป็น 1 หรือ 0 พวกเขาสามารถมีความน่าจะเป็นที่จะเป็น 1 และความน่าจะเป็นที่จะเป็น 0 ในเวลาเดียวกัน เมื่ออนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ พวกมันยังสามารถเข้าไปพัวพันกัน โดยรวมการแจกแจงความน่าจะเป็นที่อธิบายทั้งสองสถานะเข้าด้วยกัน เสาหลักของทฤษฎีควอนตัมคือข้อมูล — ความน่าจะเป็น 1 และ 0 ที่เป็นตัวแทนของสถานะของอนุภาค — จะไม่มีวันสูญหาย (สถานะปัจจุบันของจักรวาลเก็บรักษาข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับอดีต)
อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป เมื่ออนุภาคโต้ตอบและพัวพันกันมากขึ้น ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะแต่ละสถานะจะแพร่กระจายและถูกสับเปลี่ยนและแบ่งปันระหว่างอนุภาคต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ โปเปสคุและเพื่อนร่วมงานของเขาเชื่อว่าลูกศรของการเพิ่มพัวพันควอนตัมรองรับการเพิ่มขึ้นคาดว่าในเอนโทรปี – The ลูกศรอุณหพลศาสตร์ของเวลา กาแฟหนึ่งถ้วยเย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิห้อง เนื่องจากเมื่อโมเลกุลของกาแฟชนกับโมเลกุลของอากาศ ข้อมูลที่เข้ารหัสพลังงานของพวกมันจะรั่วไหลออกมาและถูกแบ่งปันโดยอากาศโดยรอบ
การทำความเข้าใจเกี่ยวกับเอนโทรปีเป็นการวัดแบบอัตนัยทำให้จักรวาลโดยรวมมีวิวัฒนาการโดยไม่สูญเสียข้อมูล แม้ในขณะที่บางส่วนของจักรวาล เช่น กาแฟ เครื่องยนต์ และผู้คน ประสบกับเอนโทรปีที่เพิ่มขึ้นเมื่อข้อมูลควอนตัมของพวกมันเจือจางลง เอนโทรปีทั่วโลกของจักรวาลยังคงเป็นศูนย์ตลอดไป
Renato Rennerศาสตราจารย์ที่ ETH Zurich ในสวิตเซอร์แลนด์ อธิบายว่านี่เป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในมุมมอง เมื่อ 15 ปีที่แล้ว “เราคิดว่าเอนโทรปีเป็นสมบัติของระบบเทอร์โมไดนามิกส์” เขากล่าว “ในทฤษฎีสารสนเทศ เราจะไม่พูดว่าเอนโทรปีเป็นคุณสมบัติของระบบ แต่เป็นสมบัติของผู้สังเกตการณ์ที่อธิบายระบบ”
นอกจากนี้ แนวคิดที่ว่าพลังงานมีสองรูปแบบ คือ ความร้อนที่ไร้ประโยชน์และงานที่มีประโยชน์ “สมเหตุสมผลสำหรับเครื่องยนต์ไอน้ำ” Renner กล่าว “ในรูปแบบใหม่ มีสเปกตรัมทั้งหมดอยู่ระหว่างนั้น นั่นคือพลังงานที่เรามีข้อมูลบางส่วน”
เอนโทรปีและอุณหพลศาสตร์เป็น “ความลึกลับน้อยกว่ามากในมุมมองใหม่นี้” เขากล่าว “นั่นเป็นเหตุผลที่คนชอบมุมมองใหม่มากกว่ามุมมองเก่า”
อุณหพลศาสตร์จากสมมาตร
ความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลพลังงานและอื่น ๆ “ปริมาณป่าสงวน” ซึ่งสามารถเปลี่ยนมือ แต่ไม่เคยถูกทำลายเอาเปิดใหม่ในสองเอกสารเผยแพร่พร้อมกันเมื่อเดือนกรกฎาคมในการสื่อสารธรรมชาติ , หนึ่งโดยทีมบริสตอและอื่นโดยทีมงานที่รวมโจนาธาน Oppenheimที่มหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน ทั้งสองกลุ่มมีแนวคิดเกี่ยวกับระบบควอนตัมสมมุติฐานที่ใช้ข้อมูลเป็นสกุลเงินสำหรับการซื้อขายระหว่างกัน ทรัพยากรที่เป็นวัสดุมากขึ้น

jumboslot

ลองนึกภาพภาชนะขนาดใหญ่หรืออ่างเก็บน้ำของอนุภาคที่มีทั้งพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุม (พวกมันเคลื่อนที่ไปมาและหมุน) อ่างเก็บน้ำนี้เชื่อมต่อกับทั้งน้ำหนักซึ่งใช้พลังงานในการยก และแท่นหมุนซึ่งใช้โมเมนตัมเชิงมุมเพื่อเพิ่มความเร็วหรือลดความเร็ว โดยปกติอ่างเก็บน้ำเพียงแห่งเดียวไม่สามารถทำงานได้ – สิ่งนี้กลับไปสู่การค้นพบของ Carnot เกี่ยวกับความต้องการอ่างเก็บน้ำร้อนและเย็น แต่นักวิจัยพบว่าอ่างเก็บน้ำที่มีปริมาณการอนุรักษ์หลายตัวปฏิบัติตามกฎที่แตกต่างกัน “หากคุณมีปริมาณทางกายภาพที่แตกต่างกันสองปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ เช่น พลังงานและโมเมนตัมเชิงมุม” Popescu กล่าว “ตราบใดที่คุณมีอ่างอาบน้ำที่มีทั้งสองปริมาณ คุณก็จะสามารถแลกเปลี่ยนระหว่างกันได้”
ในระบบแท่นหมุนแบบถังเก็บน้ำหนักตามสมมุติฐาน น้ำหนักสามารถยกขึ้นได้เมื่อแท่นหมุนช้าลง หรือในทางกลับกัน การลดน้ำหนักจะทำให้แท่นหมุนหมุนเร็วขึ้น นักวิจัยพบว่าข้อมูลควอนตัมที่อธิบายสถานะพลังงานและการหมุนของอนุภาคสามารถทำหน้าที่เป็นสกุลเงินชนิดหนึ่งที่ช่วยให้สามารถซื้อขายระหว่างพลังงานของอ่างเก็บน้ำกับโมเมนตัมเชิงมุมได้ แนวคิดที่ว่าปริมาณที่อนุรักษ์ไว้สามารถแลกเปลี่ยนกันในระบบควอนตัมเป็นเรื่องใหม่ มันอาจชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นในทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ที่สมบูรณ์กว่านี้ ซึ่งไม่เพียงแต่อธิบายการไหลของพลังงานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ในจักรวาลด้วย
ความจริงที่ว่าพลังงานครอบงำเรื่องราวทางอุณหพลศาสตร์มาจนถึงตอนนี้อาจเป็นสถานการณ์มากกว่าที่จะลึกซึ้ง Oppenheim กล่าว คาร์โนต์และผู้สืบทอดของเขาอาจพัฒนาทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ที่ควบคุมการไหลของโมเมนตัมเชิงมุมเพื่อให้สอดคล้องกับทฤษฎีเครื่องยนต์ของพวกเขา หากมีความจำเป็นเท่านั้น “เรามีแหล่งพลังงานอยู่รอบตัวเราซึ่งเราต้องการสกัดและใช้งาน” ออพเพนไฮม์กล่าว “มันเกิดขึ้นที่เราไม่มีอ่างความร้อนโมเมนตัมเชิงมุมขนาดใหญ่รอบตัวเรา เราไม่พบไจโรสโคปขนาดใหญ่”
Popescu ผู้ได้รับรางวัล Dirac Medal เมื่อปีที่แล้วสำหรับข้อมูลเชิงลึกของเขาในทฤษฎีข้อมูลควอนตัมและรากฐานของควอนตัมกล่าวว่าเขาและผู้ทำงานร่วมกันของเขาทำงานโดย “ผลักกลศาสตร์ควอนตัมไปที่มุมหนึ่ง” รวมตัวกันที่กระดานดำและให้เหตุผลถึงความเข้าใจใหม่หลังจากนั้น มันง่ายที่จะได้สมการที่เกี่ยวข้อง การรับรู้บางอย่างอยู่ในขั้นตอนการตกผลึก ในการสนทนาทางโทรศัพท์หลายครั้งในเดือนมีนาคม Popescu ได้กล่าวถึงการทดลองทางความคิดแบบใหม่ที่แสดงให้เห็นความแตกต่างระหว่างข้อมูลกับปริมาณที่อนุรักษ์ไว้อื่นๆ และระบุว่าความสมมาตรในธรรมชาติอาจทำให้สิ่งเหล่านี้แตกต่างออกไปได้อย่างไร
“สมมุติว่าคุณและฉันกำลังอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ดวงอื่นในกาแลคซีห่างไกล” เขากล่าว และสมมติว่าเขา โปเปสคู ต้องการสื่อสารที่คุณควรมองหาเพื่อค้นหาดาวเคราะห์ของเขา ปัญหาเดียวคือ มันเป็นไปไม่ได้ทางร่างกาย: “ฉันสามารถส่งเรื่องราวของแฮมเล็ตให้คุณ แต่ฉันไม่สามารถบอกทิศทางให้คุณได้”
ไม่มีทางที่จะแสดงเป็นสตริง 1 และ 0 ที่บริสุทธิ์และไร้ทิศทางซึ่งจะค้นหากาแลคซีของกันและกันเพราะ “ธรรมชาติไม่ได้ให้ [กรอบอ้างอิง] ที่เป็นสากล” Popescu กล่าว ถ้าเป็นเช่นนั้น ตัวอย่างเช่น ลูกศรเล็กๆ ถูกเย็บทุกหนทุกแห่งในโครงสร้างของจักรวาล เพื่อระบุทิศทางของการเคลื่อนที่ สิ่งนี้จะละเมิด “ความแปรปรวนในการหมุน” ซึ่งเป็นความสมมาตรของจักรวาล สแครชจะเริ่มหมุนเร็วขึ้นเมื่อสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของเอกภพ และโมเมนตัมเชิงมุมดูเหมือนจะไม่อนุรักษ์ไว้ Emmy Noether นักคณิตศาสตร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 แสดงให้เห็นว่าสมมาตรทุกอย่างมาพร้อมกับกฎการอนุรักษ์: ความสมมาตรในการหมุนของจักรวาลสะท้อนให้เห็นถึงการรักษาปริมาณที่เราเรียกว่าโมเมนตัมเชิงมุม
ดูเหมือนว่าไม่สามารถแสดงทุกอย่างเกี่ยวกับจักรวาลในแง่ของข้อมูลอาจเกี่ยวข้องกับการค้นหาคำอธิบายพื้นฐานเพิ่มเติมของธรรมชาติ ในปีที่ผ่านมานักทฤษฎีจำนวนมากได้มาเชื่อว่าพื้นที่เวลา, ผ้าโก่งของจักรวาลและสสารและพลังงานภายในก็อาจจะมีโฮโลแกรมที่เกิดขึ้นจากการที่เครือข่ายของข้อมูลควอนตัมพันกันยุ่ง “เราต้องระวัง” Oppenheim กล่าว “เพราะข้อมูลมีพฤติกรรมแตกต่างจากคุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ เช่นกาลอวกาศ”
การรู้ความเชื่อมโยงเชิงตรรกะระหว่างแนวคิดต่างๆ ยังช่วยให้นักฟิสิกส์หาเหตุผลในหลุมดำวัตถุลึกลับกลืนกาลอวกาศที่รู้กันว่ามีอุณหภูมิและเอนโทรปี และที่แผ่ข้อมูลออกมา “ลักษณะที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของหลุมดำคืออุณหพลศาสตร์ของหลุมดำ” Popescu กล่าว “แต่ประเภทของอุณหพลศาสตร์ที่พวกเขาพูดคุยกันในหลุมดำ เพราะมันเป็นเรื่องที่ซับซ้อนมาก ยังคงเป็นประเภทดั้งเดิมมากกว่า เรากำลังพัฒนามุมมองใหม่ทั้งหมดเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์” “หลีกเลี่ยงไม่ได้” เขากล่าว “เครื่องมือใหม่เหล่านี้ที่เรากำลังพัฒนาจะกลับมาและถูกใช้ในหลุมดำ”
สิ่งที่ต้องบอกนักเทคโนโลยี
Janet Andersนักวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมที่มหาวิทยาลัย Exeter ใช้แนวทางที่ขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยีเพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ควอนตัม Anders กล่าวว่า “ถ้าเราไปไกลขึ้นเรื่อยๆ [ในระดับ] เราจะไปถึงพื้นที่ที่เราไม่มีทฤษฎีที่ดีพอ” Anders กล่าว “และคำถามคือ เราต้องรู้อะไรเกี่ยวกับภูมิภาคนี้เพื่อบอกนักเทคโนโลยี”

slot

ในปี 2555 Anders ได้ก่อตั้งและร่วมก่อตั้งเครือข่ายการวิจัยในยุโรปที่อุทิศให้กับอุณหพลศาสตร์ควอนตัมซึ่งปัจจุบันมีสมาชิก 300 คน กับเพื่อนร่วมงานของเธอในเครือข่าย เธอหวังว่าจะค้นพบกฎเกณฑ์ที่ควบคุมการเปลี่ยนแปลงของควอนตัมของเครื่องยนต์ควอนตัมและตู้เย็น ซึ่งอาจสักวันหนึ่งจะขับเคลื่อนหรือทำให้คอมพิวเตอร์เย็นลง หรือนำไปใช้ในแผงโซลาร์เซลล์ วิศวกรรมชีวภาพ และการใช้งานอื่นๆ นักวิจัยเริ่มเข้าใจดีขึ้นแล้วว่าเครื่องยนต์ควอนตัมสามารถทำอะไรได้บ้าง ในปี 2015 Raam Uzdin และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งเยรูซาเลมคำนวณว่าเครื่องยนต์ควอนตัมสามารถเอาชนะเครื่องยนต์คลาสสิกได้ เครื่องยนต์ความน่าจะเป็นเหล่านี้ยังคงเป็นไปตามสูตรประสิทธิภาพของ Carnot ในแง่ของปริมาณงานที่สามารถรับได้จากพลังงานที่ส่งผ่านระหว่างวัตถุที่ร้อนและเย็น แต่บางครั้งพวกมันก็สามารถดึงงานออกมาได้เร็วกว่ามาก ทำให้พวกมันมีพลังมากขึ้น เครื่องยนต์ที่ทำจากไอออนเดี่ยวได้รับการสาธิตการทดลองและรายงานในScienceเมื่อเดือนเมษายน 2016 แม้ว่าจะไม่ได้ควบคุมผลควอนตัมที่ช่วยเพิ่มกำลัง

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on การปฏิวัติทางอุณหพลศาสตร์ควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมอธิบายด้วยฟิสิกส์ควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมอธิบายด้วยฟิสิกส์ควอนตัม

jumbo jili

คุณอาจเคยได้ยินว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเครื่องจักรมหัศจรรย์ที่จะรักษามะเร็งและภาวะโลกร้อนในไม่ช้าด้วยการลองหาคำตอบที่เป็นไปได้ทั้งหมดในจักรวาลคู่ขนานที่แตกต่างกัน เป็นเวลา 15 ปีในบล็อกของฉันและที่อื่น ๆ ฉันได้ขัดแย้งกับภาพการ์ตูนนี้โดยพยายามอธิบายสิ่งที่ฉันเห็นว่าเป็นความจริงที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น แต่น่าขันยิ่งกว่าเดิม ฉันเข้าถึงสิ่งนี้ในฐานะบริการสาธารณะและเกือบจะเป็นหน้าที่ทางศีลธรรมของฉันในฐานะนักวิจัยคอมพิวเตอร์ควอนตัม อนิจจา งานนี้รู้สึกว่า Sisyphean: โฆษณาที่ประจบประแจงเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้เพิ่มขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเท่านั้น เนื่องจากองค์กรและรัฐบาลได้ลงทุนไปหลายพันล้าน และในขณะที่เทคโนโลยีได้พัฒนาไปสู่อุปกรณ์ขนาด 50 คิวบิตที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ซึ่ง (ในเกณฑ์มาตรฐานที่ประดิษฐ์ขึ้นบางอย่าง) สามารถให้ได้จริงๆ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกใช้เงินของพวกเขา. และเช่นเดียวกับในสกุลเงินดิจิทัล แมชชีนเลิร์นนิงและสาขาที่ทันสมัยอื่นๆ มีเงินเข้ามามากมาย

สล็อต

ในช่วงเวลาที่ไตร่ตรองฉันเข้าใจ ความจริงก็คือแม้ว่าคุณจะลบสิ่งจูงใจที่ไม่ดีและความโลภออกไปทั้งหมด คอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ยังยากที่จะอธิบายสั้นๆ และตรงไปตรงมาหากไม่มีคณิตศาสตร์ ในฐานะผู้บุกเบิกคอมพิวเตอร์ควอนตัม Richard Feynman เคยกล่าวเกี่ยวกับงานควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกที่ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบล หากสามารถอธิบายได้ภายในสองสามประโยค มันก็ไม่คุ้มที่จะได้รับรางวัลโนเบล
ไม่ใช่ว่าหยุดคนจากการพยายาม นับตั้งแต่ Peter Shor ค้นพบในปี 1994 ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำลายการเข้ารหัสส่วนใหญ่ที่ปกป้องธุรกรรมบนอินเทอร์เน็ต ความตื่นเต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีได้รับแรงผลักดันจากความอยากรู้ทางปัญญามากกว่าเพียง อันที่จริง การพัฒนาในสาขานี้มักจะครอบคลุมถึงเรื่องราวทางธุรกิจหรือเทคโนโลยี มากกว่าที่จะเป็นเรื่องราวทางวิทยาศาสตร์
ปริมาณ
คอลัมน์ประจำที่นักวิจัยชั้นนำสำรวจกระบวนการค้นพบ สกอตต์ อารอนสัน คอลัมนิสต์ประจำเดือนนี้ เป็นศาสตราจารย์ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสติน ซึ่งเชี่ยวชาญด้านการคำนวณควอนตัมและทฤษฎีความซับซ้อนในการคำนวณ
ดูทั้งหมด คอลัมน์เชิงปริมาณ
คงจะดีถ้านักข่าวธุรกิจหรือเทคโนโลยีสามารถบอกผู้อ่านตามความเป็นจริงว่า “ดูสิ มีควอนตัมลึก ๆ ทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้ประทุน แต่สิ่งที่คุณต้องเข้าใจคือสิ่งสำคัญที่สุด นักฟิสิกส์กำลังจะสร้างคอมพิวเตอร์ที่เร็วขึ้นที่จะ ปฏิวัติทุกสิ่ง”
ปัญหาคือคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะไม่ปฏิวัติทุกสิ่ง
ใช่ สักวันหนึ่งพวกเขาอาจแก้ปัญหาบางอย่างในไม่กี่นาที (เราคิดว่า) จะใช้เวลานานกว่าอายุของจักรวาลในคอมพิวเตอร์คลาสสิก แต่มีปัญหาสำคัญอื่นๆ อีกมากมายที่ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่คิดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะช่วยได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น นอกจากนี้ ในขณะที่ Google และบริษัทอื่นๆ ได้อ้างสิทธิ์อย่างน่าเชื่อถือว่าพวกเขาได้รับความเร็วควอนตัมที่ประดิษฐ์ขึ้น แต่นี่เป็นเพียงสำหรับการวัดประสิทธิภาพที่ลึกลับและเฉพาะเจาะจงเท่านั้น (ที่ฉันช่วยพัฒนา ) คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใหญ่และเชื่อถือได้มากพอที่จะให้ประสิทธิภาพเหนือกว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกในแอปพลิเคชันที่ใช้งานได้จริง เช่น การทำลายรหัสเข้ารหัสและการจำลองเคมี ยังคงห่างไกลออกไป
แต่คอมพิวเตอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้จะเร็วกว่าสำหรับปัญหาบางอย่างได้อย่างไร เรารู้หรือไม่ว่าอันไหน? และคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ “ใหญ่และเชื่อถือได้” หมายถึงอะไรในบริบทนี้ เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ เราต้องเจาะลึกเข้าไป
เริ่มจากกลศาสตร์ควอนตัมกันก่อน (อะไรจะลึกซึ้งไปกว่านั้น) แนวคิดของการซ้อนภาพนั้นยากที่จะแสดงออกมาเป็นคำพูดในชีวิตประจำวัน จึงไม่น่าแปลกใจที่นักเขียนหลายคนเลือกใช้วิธีการง่ายๆ: พวกเขากล่าวว่าการซ้อนทับหมายถึง “พร้อมกัน” ดังนั้นควอนตัมบิตหรือ qubit เป็นเพียงบิตที่สามารถเป็น “ทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน ” ในขณะที่บิตคลาสสิกสามารถเป็นอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น พวกเขายังกล่าวต่อไปว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะบรรลุความเร็วโดยใช้ qubits เพื่อลองวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ทั้งหมดในการซ้อนทับ – นั่นคือในเวลาเดียวกันหรือแบบขนาน
นี่คือสิ่งที่ฉันคิดว่าเป็นความผิดพลาดขั้นพื้นฐานของการทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นที่นิยม ซึ่งนำไปสู่ส่วนที่เหลือทั้งหมด จากที่นี่ เป็นเพียงการกระโดดสั้นๆ ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะแก้ปัญหาอย่างรวดเร็ว เช่นปัญหาพนักงานขายที่เดินทางโดยลองคำตอบที่เป็นไปได้ทั้งหมดพร้อมกัน ซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้เชี่ยวชาญเกือบทุกคนเชื่อว่าพวกเขาจะไม่สามารถทำได้
สิ่งสำคัญคือ เพื่อให้คอมพิวเตอร์มีประโยชน์ ในบางจุด คุณต้องดูและอ่านผลลัพธ์ แต่ถ้าคุณดูที่การทับซ้อนของคำตอบที่เป็นไปได้ทั้งหมดเท่ากัน กฎของกลศาสตร์ควอนตัมบอกว่าคุณจะเห็นและอ่านคำตอบแบบสุ่ม และถ้านั่นคือทั้งหมดที่คุณต้องการ คุณสามารถเลือกเองได้
การทับซ้อนหมายถึงอะไรคือ “การรวมกันเชิงเส้นเชิงซ้อน” ในที่นี้ เราหมายถึง “ซับซ้อน” ไม่ใช่ในแง่ของ “ซับซ้อน” แต่ในแง่ของจำนวนจริงบวกจำนวนจินตภาพ ในขณะที่ “ชุดค่าผสมเชิงเส้น” หมายความว่าเรารวมสถานะต่างๆ เข้าด้วยกัน ดังนั้น qubit เป็นบิตที่มีจำนวนเชิงซ้อนที่เรียกว่า amplitude ติดอยู่กับความเป็นไปได้ที่มันคือ 0 และ amplitude อื่นที่เชื่อมโยงกับความเป็นไปได้ที่มันคือ 1 จากศูนย์ยิ่งมีโอกาสเห็นผลลัพธ์นั้นมากขึ้น แม่นยำยิ่งขึ้น ความน่าจะเป็นเท่ากับระยะทางยกกำลังสอง
แต่แอมพลิจูดไม่ใช่ความน่าจะเป็น พวกเขาปฏิบัติตามกฎที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น หากการมีส่วนร่วมบางอย่างในแอมพลิจูดเป็นบวกและบางส่วนเป็นค่าลบ การมีส่วนร่วมสามารถรบกวนการทำลายล้างและยกเลิกซึ่งกันและกัน เพื่อให้แอมพลิจูดเป็นศูนย์และไม่เคยสังเกตผลลัพธ์ที่สอดคล้องกัน ในทำนองเดียวกันพวกเขาสามารถแทรกแซงอย่างสร้างสรรค์และเพิ่มโอกาสของผลลัพธ์ที่กำหนด เป้าหมายในการออกแบบอัลกอริทึมสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือการออกแบบท่าเต้นรูปแบบของการแทรกแซงเชิงสร้างสรรค์และการทำลายล้าง เพื่อให้คำตอบที่ผิดแต่ละครั้ง การมีส่วนร่วมของแอมพลิจูดของคอมพิวเตอร์จะหักล้างซึ่งกันและกัน ในขณะที่คำตอบที่ถูกต้อง การสนับสนุนเสริมซึ่งกันและกัน หากคุณสามารถจัดเรียงได้ คุณจะเห็นคำตอบที่ถูกต้องซึ่งมีความเป็นไปได้สูงเมื่อคุณดู
เมื่อ 27 ปีที่แล้ว Shor ได้แสดงวิธีทำทั้งหมดนี้สำหรับปัญหาของการแยกตัวประกอบจำนวนเต็ม ซึ่งทำลายรหัสเข้ารหัสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งอยู่ภายใต้การค้าขายออนไลน์ส่วนใหญ่ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าต้องทำอย่างไรสำหรับปัญหาอื่นๆ ด้วย แต่เพียงใช้ประโยชน์จากโครงสร้างทางคณิตศาสตร์พิเศษในปัญหาเหล่านั้นเท่านั้น ไม่ใช่เรื่องของการลองคำตอบที่เป็นไปได้ทั้งหมดในครั้งเดียว
การรวมความยากคือว่า ถ้าคุณต้องการพูดอย่างตรงไปตรงมาเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม คุณต้องมีคำศัพท์เชิงแนวคิดของวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีด้วย ฉันมักถูกถามว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเร็วกว่าคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันกี่เท่า ล้านครั้ง? พันล้าน?
คำถามนี้พลาดประเด็นของคอมพิวเตอร์ควอนตัมซึ่งก็คือการบรรลุ “พฤติกรรมการปรับขนาด” ที่ดีขึ้นหรือเวลาทำงานเป็นฟังก์ชันของnจำนวนบิตของข้อมูลอินพุต นี่อาจหมายถึงการใช้ปัญหาที่อัลกอริธึมคลาสสิกที่ดีที่สุดต้องการขั้นตอนจำนวนหนึ่งที่เติบโตแบบทวีคูณด้วยnและแก้ไขโดยใช้ขั้นตอนจำนวนหนึ่งที่เติบโตเป็นn 2เท่านั้น ในกรณีเช่นนี้ สำหรับ Small nการแก้ปัญหาด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะช้ากว่าและมีราคาแพงกว่าการแก้ปัญหาแบบคลาสสิก เฉพาะเมื่อnเติบโตขึ้นเท่านั้นที่ความเร็วควอนตัมปรากฏขึ้นครั้งแรกและในที่สุดก็มาครอบงำ

สล็อตออนไลน์

แต่เราจะรู้ได้อย่างไรว่าไม่มีทางลัดแบบคลาสสิก ซึ่งเป็นอัลกอริธึมทั่วไปที่จะมีพฤติกรรมการปรับขนาดที่คล้ายกับอัลกอริทึมควอนตัม แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะละเลยในบัญชียอดนิยม แต่คำถามนี้เป็นศูนย์กลางของการวิจัยอัลกอริทึมควอนตัม ซึ่งบ่อยครั้งที่ความยากลำบากไม่ได้พิสูจน์มากนักว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำอะไรได้อย่างรวดเร็ว แต่เป็นการโต้แย้งอย่างน่าเชื่อถือว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถทำได้ อนิจจา กลายเป็นเรื่องยากที่จะพิสูจน์ว่าปัญหานั้นยาก ดังที่แสดงโดยปัญหาP กับ NP ที่มีชื่อเสียง(ซึ่งถามคร่าวๆ ว่าทุกปัญหาที่มีวิธีแก้ปัญหาที่ตรวจสอบได้อย่างรวดเร็วสามารถแก้ไขได้อย่างรวดเร็วด้วยหรือไม่) นี่ไม่ใช่แค่ปัญหาทางวิชาการ แต่เป็นเรื่องของ dotting i: ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา การเพิ่มความเร็วควอนตัมที่คาดคะเนได้หายไปซ้ำแล้วซ้ำเล่าเมื่อพบอัลกอริธึมแบบคลาสสิกที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียงกัน
โปรดทราบว่าหลังจากอธิบายทั้งหมดนี้แล้ว ฉันยังไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับความยากในการใช้งานจริงในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม พูดได้คำเดียวว่า ปัญหาคือการถอดรหัส ซึ่งหมายถึงการโต้ตอบที่ไม่ต้องการระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมกับสภาพแวดล้อม เช่น สนามไฟฟ้าที่อยู่ใกล้เคียง วัตถุที่อบอุ่น และสิ่งอื่น ๆ ที่สามารถบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับควอนตัมได้ ซึ่งอาจส่งผลให้ “การวัด” ก่อนวัยอันควรของ qubits ซึ่งยุบลงไปเป็นบิตคลาสสิกที่เป็น 0 หรือแน่นอน 1 อย่างแน่นอน ทางออกเดียวที่ทราบสำหรับปัญหานี้คือการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม: โครงการที่เสนอในช่วงกลางทศวรรษ 1990 ที่เข้ารหัสแต่ละ qubit ของการคำนวณควอนตัมอย่างชาญฉลาดให้อยู่ในสถานะรวมของ qubits ทางกายภาพหลายสิบหรือหลายพัน แต่ขณะนี้นักวิจัยเพิ่งเริ่มดำเนินการแก้ไขข้อผิดพลาดดังกล่าวในโลกแห่งความเป็นจริง และการนำไปใช้จริงจะใช้เวลานานกว่ามาก เมื่อคุณอ่านเกี่ยวกับการทดสอบล่าสุดที่มีคิวบิตจริง 50 หรือ 60 รายการ คุณต้องเข้าใจว่าคิวบิตไม่ได้แก้ไขข้อผิดพลาด เราไม่คาดหวังว่าจะสามารถขยายเกินสองสามร้อย qubits ได้จนกว่าจะถึงเวลานั้น
เมื่อมีคนเข้าใจแนวคิดเหล่านี้แล้ว ฉันคิดว่าพวกเขาพร้อมที่จะเริ่มอ่าน — หรือแม้แต่เขียน — บทความเกี่ยวกับความก้าวหน้าล่าสุดในการคำนวณควอนตัม พวกเขาจะรู้ว่าจะถามคำถามใดในการต่อสู้อย่างต่อเนื่องเพื่อแยกแยะความเป็นจริงออกจากโฆษณา การทำความเข้าใจสิ่งนี้เป็นไปได้จริง ๆ เพราะมันไม่ใช่วิทยาศาสตร์จรวด มันเป็นแค่การคำนวณควอนตัม!
วิธีการต่อไปในจิตวิญญาณของการฟื้นฟูควอนตัมที่เรียกว่าควอนตัม Bayesianism หรือ QBism คิดค้นโดย Carlton Caves, Christopher Fuchs และ Rüdiger Schack ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ในตำแหน่งที่ยั่วยุว่ากลไกทางคณิตศาสตร์ของกลศาสตร์ควอนตัมไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับสิ่งที่เป็นอยู่จริงของโลก แต่เป็นเพียงกรอบการทำงานที่เหมาะสมที่ช่วยให้เราพัฒนาความคาดหวังและความเชื่อเกี่ยวกับผลลัพธ์ของการแทรกแซงของเรา ใช้สัญญาณจากแนวทางแบบเบย์ไปสู่ความน่าจะเป็นแบบคลาสสิกที่พัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 18 ซึ่งความน่าจะเป็นเกิดจากความเชื่อส่วนบุคคลมากกว่าความถี่ที่สังเกตได้ ใน QBism ความน่าจะเป็นควอนตัมที่คำนวณโดยกฎ Born ไม่ได้บอกเราว่าเราจะวัดอะไร แต่จะวัดเฉพาะสิ่งที่เราควรคาดหวังอย่างมีเหตุมีผลเท่านั้น
ในมุมมองนี้ โลกไม่ได้ถูกผูกมัดด้วยกฎ — หรืออย่างน้อยก็ไม่ใช่กฎควอนตัม อันที่จริงอาจไม่มีกฎพื้นฐานที่ควบคุมวิธีที่อนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ แทนที่ กฎหมายจะปรากฎขึ้นในขนาดที่เราสังเกตได้ ความเป็นไปได้นี้ได้รับการพิจารณาโดย John Wheeler ซึ่งขนานนามสถานการณ์นี้ว่า Law Without Law มันจะหมายความว่า “ทฤษฎีควอนตัมเป็นเพียงเครื่องมือที่ทำให้เข้าใจธรรมชาติที่ไร้กฎเกณฑ์” Adán Cabelloนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Seville กล่าว เราสามารถหาทฤษฎีควอนตัมจากสถานที่เหล่านี้เพียงอย่างเดียวได้หรือไม่?

jumboslot

“ตั้งแต่แรกเห็น ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้” Cabello ยอมรับ – ส่วนผสมดูเหมือนบางเกินไป ไม่ต้องพูดถึงกฎเกณฑ์และแปลกไปจากสมมติฐานปกติของวิทยาศาสตร์ “แต่ถ้าเราทำได้ล่ะ” เขาถาม. “สิ่งนี้ไม่ควรทำให้ทุกคนที่คิดว่าทฤษฎีควอนตัมเป็นการแสดงออกถึงคุณสมบัติของธรรมชาติหรือ”
สร้างพื้นที่สำหรับแรงโน้มถ่วง
ในมุมมองของ Hardy การสร้างควอนตัมขึ้นใหม่เกือบจะประสบความสำเร็จมากเกินไป ในแง่หนึ่ง: ชุดสัจพจน์ต่างๆ ล้วนก่อให้เกิดโครงสร้างพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม “เรามีสัจพจน์ที่แตกต่างกันเหล่านี้ แต่เมื่อคุณดูพวกมัน คุณจะเห็นความเชื่อมโยงระหว่างพวกเขา” เขากล่าว “พวกเขาทั้งหมดดูดีพอสมควรและอยู่ในความหมายที่เป็นทางการเทียบเท่าเพราะพวกเขาให้ทฤษฎีควอนตัม” และนั่นไม่ใช่สิ่งที่เขาหวังไว้เลย “เมื่อฉันเริ่มเรื่องนี้ สิ่งที่ฉันต้องการเห็นคือสัจพจน์ที่น่าสนใจสองอย่างหรือมากกว่านั้นที่ชัดเจน ซึ่งจะให้ทฤษฎีควอนตัมแก่คุณ และไม่มีใครโต้แย้งด้วย”
แล้วเราจะเลือกระหว่างตัวเลือกที่มีได้อย่างไร? “ความสงสัยของฉันตอนนี้คือยังมีระดับที่ลึกกว่าในการทำความเข้าใจทฤษฎีควอนตัม” Hardy กล่าว และเขาหวังว่าระดับที่ลึกกว่านี้จะชี้ให้เห็นมากกว่าทฤษฎีควอนตัม ไปสู่เป้าหมายที่เข้าใจยากของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม “นั่นเป็นขั้นตอนต่อไป” เขากล่าว นักวิจัยหลายคนที่ทำงานเกี่ยวกับการสร้างใหม่หวังว่าวิธีการเชิงสัจพจน์จะช่วยให้เราเห็นวิธีสร้างทฤษฎีควอนตัมในลักษณะที่เชื่อมโยงกับทฤษฎีความโน้มถ่วงสมัยใหม่ – ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์
บางทีเมื่อเราได้รับมือกับแรงโน้มถ่วงควอนตัมในที่สุด การตีความก็จะแนะนำตัวมันเอง
Lucien Hardy
ดูสมการชโรดิงเงอร์แล้วคุณจะไม่พบเบาะแสเกี่ยวกับวิธีการทำตามขั้นตอนนั้น แต่การสร้างควอนตัมขึ้นใหม่ด้วยรสชาติ “ข้อมูล” พูดถึงว่าระบบการส่งข้อมูลสามารถส่งผลกระทบต่อกันและกันได้อย่างไร ซึ่งเป็นกรอบของสาเหตุที่ชี้ให้เห็นถึงลิงก์ไปยังภาพในกาลอวกาศของสัมพัทธภาพทั่วไป สาเหตุกำหนดลำดับเวลา: ผลกระทบไม่สามารถนำหน้าสาเหตุได้ แต่ Hardy สงสัยว่าสัจพจน์ที่เราจำเป็นต้องสร้างทฤษฎีควอนตัมจะเป็นสิ่งที่ขาดโครงสร้างเชิงสาเหตุที่ชัดเจน — ไม่มีการเรียงลำดับเวลาเฉพาะของเหตุการณ์ — ซึ่งเขากล่าวว่าเป็นสิ่งที่เราควรคาดหวังเมื่อทฤษฎีควอนตัมรวมกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป “ผมอยากจะเห็นสัจพจน์ที่เป็นกลางที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพราะพวกมันน่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในฐานะสัจพจน์ที่มาจากแรงโน้มถ่วงควอนตัม” เขากล่าว
ฮาร์ดีแนะนำครั้งแรกว่าระบบควอนตัมแรงโน้มถ่วงอาจแสดงโครงสร้างเชิงสาเหตุที่ไม่แน่นอนในปี 2550 และอันที่จริงมีเพียงกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้นที่สามารถแสดงได้ ขณะทำงานเกี่ยวกับการสร้างควอนตัมขึ้นใหม่ Chiribella ได้รับแรงบันดาลใจให้เสนอการทดลองเพื่อสร้างการซ้อนทับเชิงสาเหตุของระบบควอนตัม ซึ่งไม่มีเหตุการณ์ที่เป็นเหตุและผลที่แน่นอน การทดลองนี้ดำเนินการโดยห้องทดลองของ Philip Waltherที่มหาวิทยาลัยเวียนนา และอาจชี้ให้เห็นถึงวิธีการทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยบังเอิญ
“ฉันพบว่านี่เป็นภาพประกอบที่โดดเด่นของประโยชน์ของแนวทางการสร้างใหม่” Chiribella กล่าว “การจับทฤษฎีควอนตัมด้วยสัจพจน์ไม่ได้เป็นเพียงการออกกำลังกายทางปัญญาเท่านั้น เราต้องการให้สัจพจน์ทำสิ่งที่มีประโยชน์สำหรับเรา เพื่อช่วยให้เราให้เหตุผลเกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัม คิดค้นโปรโตคอลการสื่อสารใหม่และอัลกอริธึมใหม่สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม และเพื่อเป็นแนวทางในการกำหนดสูตรฟิสิกส์ใหม่”
แต่การสร้างควอนตัมขึ้นใหม่จะช่วยให้เราเข้าใจ “ความหมาย” ของกลศาสตร์ควอนตัมได้หรือไม่ Hardy สงสัยว่าความพยายามเหล่านี้สามารถแก้ไขข้อโต้แย้งเกี่ยวกับการตีความได้ ไม่ว่าเราต้องการโลกจำนวนมากหรือเพียงโลกเดียว เป็นต้น ท้ายที่สุด เนื่องจากโปรแกรมการสร้างใหม่นั้น “ใช้งานได้จริง” โดยเนื้อแท้ หมายความว่ามันมุ่งเน้นไปที่ “ประสบการณ์ของผู้ใช้” – ความน่าจะเป็นเกี่ยวกับสิ่งที่เราวัด – อาจไม่พูดถึง “ความเป็นจริงพื้นฐาน” ที่สร้างความน่าจะเป็นเหล่านั้น

slot

“เมื่อฉันเข้าสู่แนวทางนี้ ฉันหวังว่ามันจะช่วยแก้ปัญหาการตีความเหล่านี้ได้” ฮาร์ดียอมรับ “แต่จะบอกว่าไม่มี” คาเบลโลเห็นด้วย “เราสามารถโต้แย้งได้ว่าการสร้างใหม่ครั้งก่อนล้มเหลวในการทำให้ทฤษฎีควอนตัมทำให้งงน้อยลง หรืออธิบายว่าทฤษฎีควอนตัมมาจากไหน” เขากล่าว “ดูเหมือนว่าพวกเขาทั้งหมดจะพลาดเป้าสำหรับความเข้าใจในทฤษฎีขั้นสูงสุด” แต่เขายังคงมองโลกในแง่ดี: “ฉันยังคิดว่าแนวทางที่ถูกต้องจะช่วยแก้ปัญหาและเราจะเข้าใจทฤษฎีนี้”

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on คอมพิวเตอร์ควอนตัมอธิบายด้วยฟิสิกส์ควอนตัม

เดิมพันอนาคตของแรงโน้มถ่วงควอนตัม

เดิมพันอนาคตของแรงโน้มถ่วงควอนตัม

jumbo jili

Zvi Bern กำลังขี่สตรีคแห่งชัยชนะที่เหมาะสมกับฉลามโป๊กเกอร์ในเวกัสมากกว่านักฟิสิกส์อนุภาคเชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส เขามีชื่อเสียงในด้านการพนันเพื่อนร่วมงานที่เขาสามารถคำนวณพฤติกรรมของแรงโน้มถ่วงที่มีความแม่นยำเพิ่มขึ้น อนุภาคสมมุติฐานที่เชื่อว่าจะถ่ายทอดแรงโน้มถ่วง เดิมพันแต่ละครั้งคือไวน์ชั้นดี ในทางตรงกันข้าม คอลเลคชันไวน์ของเบิร์นเติบโตขึ้นเรื่อยๆ

สล็อต

“โชคไม่ดี ที่ฉันแพ้การเดิมพันเหล่านี้” Kelly Stelleศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์อนุภาคที่ Imperial College London และคู่ต่อสู้ประจำของ Bern กล่าว การสูญเสียแต่ละครั้งมีรางวัลชมเชยอย่างไรก็ตาม ขณะที่เบิร์นและทีมของเขาดึงเอาการคำนวณที่ซับซ้อนมากขึ้น โอกาสที่พวกเขามีกรอบของทฤษฎีการทำงานของแรงโน้มถ่วงควอนตัมซึ่งจะอธิบายแหล่งที่มาของขนาดควอนตัมของแรงที่ทุ่งดาวเคราะห์ไปยังดาวฤกษ์และช่วยให้เท้าบนพื้นดิน
“ผมบอกเขาเสมอว่าเขาไม่แพ้” เบิร์นกล่าว
นักฟิสิกส์ได้ค้นหาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมเป็นเวลา 80 ปี แม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะอ่อนแอเกินกว่าจะตรวจจับได้ แต่นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่เชื่อว่าอนุภาคเหล่านี้ท่องไปในอาณาจักรควอนตัมเป็นกลุ่มๆ และพฤติกรรมของพวกมันก็ก่อให้เกิดแรงโน้มถ่วงในระดับมหภาค เช่นเดียวกับที่แสงเป็นผลกระทบในระดับมหภาคของอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน แต่ทุกทฤษฎีที่เสนอเกี่ยวกับพฤติกรรมของอนุภาคแรงโน้มถ่วงต้องเผชิญกับปัญหาเดียวกัน: เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิด มันไม่สมเหตุสมผลในเชิงคณิตศาสตร์ การคำนวณปฏิสัมพันธ์ของกราวิตันอาจดูเหมือนใช้ได้ผลในตอนแรก แต่เมื่อนักฟิสิกส์พยายามทำให้มันแม่นยำยิ่งขึ้น พวกเขาก็มักจะพูดพล่อยๆ ซึ่งเป็นคำตอบของ “อนันต์” “นี่คือโรคของแรงโน้มถ่วงเชิงปริมาณ” สเตลกล่าว
แต่ตอนนี้ เบิร์นกำลังวางเดิมพันครั้งใหญ่กับทฤษฎีที่ครั้งหนึ่งเคยถูกกีดกันซึ่งเรียกว่า supergravity ซึ่งนำเสนอการมีอยู่ของอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงแบบใหม่ ซึ่งสะท้อนผลกระทบของแรงโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงยิ่งยวดซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 1970 ได้รับการสันนิษฐานว่าต้องทนทุกข์ทรมานจากปัญหาอนันต์ ซึ่งอาจบ่งชี้ว่าทฤษฎีนี้มีข้อบกพร่องทางคณิตศาสตร์ แต่การคำนวณนั้นยากมากจนไม่มีใครสามารถรู้ได้อย่างแน่นอน – “จนกระทั่งเบิร์นและเพื่อนๆ ของเขาเข้ามา” สเตลกล่าว เบิร์นและทีมของเขาใช้เครื่องมือและทางลัดที่เพิ่งค้นพบในการคำนวณปฏิกิริยาโน้มถ่วงเหล่านี้ด้วยความแม่นยำที่เพิ่มมากขึ้น แทนที่จะระเบิดขึ้น ทฤษฎียังคงมีเหตุผล
แรงโน้มถ่วงยิ่งยวดนั้นไม่สามารถอธิบายธรรมชาติได้อย่างแน่นอน เพราะมันถูกออกแบบมาสำหรับโลกทฤษฎีที่มีความสมมาตรมากกว่า แต่ถ้าทฤษฎีนี้ยังคงอยู่ในการเดิมพันปัจจุบันของเบิร์นกับสเตล ก็สามารถช่วยให้นักฟิสิกส์มีโครงสร้างที่จำเป็นในการสร้างทฤษฎีที่สมจริงมากขึ้น “หมายความว่าแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดมีโครงสร้างที่พิเศษมาก” เบิร์นกล่าว “ฉันเชื่อว่ามันจะเป็นกุญแจสำคัญในการไขทฤษฎีแรงโน้มถ่วง”
การคำนวณของเบิร์นเป็นส่วนหนึ่งของแรงผลักดันที่ใหญ่กว่าเพื่อทำความเข้าใจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงทั้งหมด เขาจัดการกับแรงโน้มถ่วงจำนวนหนึ่งที่ชนกัน แต่ทฤษฎีขั้นสูงสุดของแรงโน้มถ่วงควอนตัมก็ต้องเข้าใจถึงฝูงใหญ่ที่ประกอบเป็นหลุมดำด้วย ปริศนาแนวความคิดที่ลึกซึ้งซึ่งเกิดจากหลุมดำชี้ให้เห็นว่าทฤษฎีที่แท้จริงต้องการมุมมองใหม่ที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในจักรวาล ซึ่งอวกาศและเวลาเป็นเพียงภาพลวงตา แนวทางทางเลือกหนึ่งใช้ประโยชน์จากแอมพลิทูเฮดรอนซึ่งเป็นวัตถุที่ทำให้การคำนวณปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคง่ายขึ้น และสามารถช่วยให้นักฟิสิกส์ไขปริศนาบางอย่างได้
“เรากำลังมาถูกทางแล้ว” สตีฟ กิดดิงส์ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญชั้นนำด้านความขัดแย้งของหลุมดำกล่าว “เราสามารถเห็นโครงร่างของหลุมดำในการคำนวณ”
โกอิ้งควอนตัมอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ตั้งทฤษฎีว่าแรงโน้มถ่วงเป็นผลมาจากเส้นโค้งในอวกาศและเวลา เมื่อผ้าในกาลอวกาศยืดออกภายใต้น้ำหนักของของหนัก วัตถุขนาดเล็กจะตกลงมาทางพวกเขา ทฤษฎีของไอน์สไตน์ใช้การอธิบายแรงโน้มถ่วงในระดับมหภาคได้อย่างสมบูรณ์แบบ โดยที่แอปเปิลตกลงสู่พื้นและโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่เมื่อสมการของเขาในการคำนวณผลลัพธ์ของปฏิกิริยาโน้มถ่วงถูกนำไปใช้กับระลอกคลื่นที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ในโครงสร้างกาลอวกาศ — การรวมกลุ่มของพลังงานที่เรียกว่ากราวิตอน — การคำนวณก็ยุ่งเหยิงไปหมด “แรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ถูกปนเปื้อนด้วยความไม่มีที่สิ้นสุด” สเตลกล่าว
ปัญหาคือว่ากราวิตันสามารถโต้ตอบในทางทฤษฎีได้หลายวิธี นักฟิสิกส์คำนวณ “แอมพลิจูดของการกระเจิง” ตัวเลขที่แสดงถึงความน่าจะเป็นของผลลัพธ์ต่างๆ ของการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาค โดยการวาดภาพด้วยวิธีต่างๆ ที่อนุภาคสามารถเปลี่ยนหรือสับเปลี่ยนระหว่างการโต้ตอบ จากนั้นจึงสรุปความน่าจะเป็นของภาพวาดต่างๆ (รูปภาพนี้เรียกว่า “ไดอะแกรมไฟน์แมน” ตามชื่อริชาร์ด ไฟน์แมน นักประดิษฐ์ของพวกเขา) ไม่น่าจะเป็นไปได้ ไดอะแกรมที่ซับซ้อนมีจำนวนมากกว่าแบบตรงไปตรงมา ซึ่งหมายความว่าการคำนวณแอมพลิจูดแบบกระเจิงสำหรับระดับความแม่นยำใหม่แต่ละระดับต้องใช้การวาดไดอะแกรม Feynman แบบทวีคูณและแก้สูตรทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นอย่างมากมาย ในบางกรณี สูตรเหล่านี้ลดความซับซ้อนลงอย่างเรียบร้อย สำหรับปฏิกิริยาของกราวิตันตามที่กำหนดโดยสมการของไอน์สไตน์ จะไม่เป็นเช่นนั้น
แรงโน้มถ่วงยิ่งยวดพยายามช่วยด้วยการเพิ่ม “สมมาตรยิ่งยวด” ใหม่ให้กับทฤษฎีของไอน์สไตน์ เช่นเดียวกับกระจกเงา สิ่งเหล่านี้กำหนดว่าหากมีอนุภาคชนิดใดชนิดหนึ่งอยู่ มันก็จะเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม ในทฤษฎีที่แตกต่างที่เรียกว่าN = 8 supergravity ซึ่งมีแปดเท่าดังกล่าว อนุภาคภาพสะท้อนในกระจกใหม่ช่วยให้นักฟิสิกส์สามารถยกเลิกส่วนที่ยากกว่าบางส่วนของสูตรได้ วิธีนี้ใช้ได้กับความแม่นยำสี่ระดับแรก แต่ผู้เชี่ยวชาญสงสัยมานานแล้วว่าอินฟินิตี้จะกลับมาอีกครั้งหากพวกเขาพยายามทำให้การคำนวณแม่นยำยิ่งขึ้น “คุณถึงจุดที่ไดอะแกรมซับซ้อนมากจนสมมาตรยิ่งยวดไม่สามารถยกเลิกได้อีกต่อไป” Kristan Jensen นักฟิสิกส์จาก Stony Brook University อธิบาย
ตามคำกล่าวของเบิร์น ข้อสันนิษฐานที่มีมาช้านานนั้น “อาจไม่เป็นความจริง”
ในปี 1990 Bern, Lance Dixonจาก SLAC National Accelerator Laboratory ใน Menlo Park, California และ David Kosower จาก CEA Saclay ในฝรั่งเศสได้พัฒนาเทคนิคใหม่อันทรงพลังสำหรับการคำนวณแอมพลิจูดของการกระเจิง ซึ่งพวกเขาจะได้รับรางวัล JJ Sakurai Prize ประจำปี 2014 สำหรับอนุภาคเชิงทฤษฎี ฟิสิกส์ในเดือนเมษายน ทางลัดของพวกเขาทำให้การคำนวณเกี่ยวกับอนุภาคของธรรมชาติที่รู้จักคล่องตัวขึ้น ทำให้นักทฤษฎีสามารถคาดการณ์ผลลัพธ์ของการชนที่ Large Hadron Collider ในสวิตเซอร์แลนด์ได้อย่างแม่นยำอย่างน่าทึ่ง จากนั้นจึงมองหา “ฟิสิกส์ใหม่” ในรูปแบบของการเบี่ยงเบนจากการคาดคะเนเหล่านี้ ในช่วงกลางทศวรรษ 2000 Bern, Dixon, Kosower และผู้ทำงานร่วมกันคนอื่น ๆ ก็เริ่มนำเทคนิคนี้ไปใช้กับการคำนวณทางทฤษฎีและน่าเกรงขามมากขึ้นซึ่งถูกละทิ้งเมื่อหลายสิบปีก่อน เมื่อการคำนวณเริ่มให้ผลลัพธ์ที่แน่นอน “นั่นเป็นเพียงความตกใจอย่างไม่น่าเชื่อ” John Joseph Carrascoนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดซึ่งทำงานร่วมกับเบิร์นกล่าว

สล็อตออนไลน์

ทางลัดที่ทรงพลังที่สุดสำหรับการคำนวณแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดเกิดขึ้นจากการค้นพบโดย Bern, Carrasco และ Henrik Johansson จาก CERN Laboratory ซึ่งแรงโน้มถ่วงมีพฤติกรรมเหมือนกลูออนสองชุดซึ่งเป็นพาหะของแรงนิวเคลียร์อย่างแรง ซึ่ง “กาว” ควาร์กเข้าด้วยกันภายในนิวเคลียสของอะตอม . ความสัมพันธ์แบบ “สำเนาซ้อน” ระหว่างกราวิตันและกลูออนได้แสดงให้เห็นในทุกตัวแปรของแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดที่นักวิจัยได้ศึกษา และพวกเขาคาดหวังว่ามันจะคงอยู่ในทฤษฎีที่ถูกต้องของแรงโน้มถ่วงควอนตัมเช่นกัน โดยไม่คำนึงว่าสมมาตรยิ่งยวดมีอยู่ในธรรมชาติหรือไม่ ในทางปฏิบัติ การค้นพบนี้หมายความว่าเมื่อแอมพลิจูดการกระเจิงของกลูออนถูกคำนวณในรูปแบบเฉพาะจนถึงระดับความแม่นยำที่กำหนด “การแยกแอมพลิจูดของแรงโน้มถ่วงเป็นการเล่นของเด็ก” ดิกสันกล่าว
คุณสมบัติสำเนาคู่เป็นมากกว่าเครื่องมือคำนวณ “นอกจากนี้ยังเป็นการเปลี่ยนแปลงทางปรัชญาในวิธีที่เราควรดูทฤษฎีแรงโน้มถ่วง” เบิร์นกล่าว “สิ่งนี้เป็นรูปธรรมและทำให้ชัดเจนว่า [กราวิตันและกลูออน] เป็นของคู่กันจริงๆ พวกเขาควรเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวจริงๆ”
ในคำพูดของ Giddings “เป็นการชี้นำอย่างยิ่ง” เนื่องจากนักฟิสิกส์มีทฤษฎีควอนตัมที่ปฏิบัติการได้ซึ่งอธิบายกลูออน เรียกว่าควอนตัมโครโมไดนามิกส์ คุณสมบัติสำเนาสองชุดจึงแนะนำว่าแรงโน้มถ่วงยิ่งยวด (หรือทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง) อาจใช้ได้เช่นกัน
สำหรับการเดิมพันล่าสุดกับ Stelle เบิร์นและผู้ร่วมงานของเขาจะได้รับการทดสอบที่ไม่เคยมีมาก่อนN = 8 supergravity หากพวกเขาสามารถคำนวณว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแรงโน้มถ่วงชนกับระดับความแม่นยำที่เรียกว่า “ห้าลูป” ในโลกสมมติที่มีมิติเวลาอวกาศ 4.8 เบิร์นก็ชนะ ในกรณีนั้น สเตลต้องมอบ Flint Dry หนึ่งขวดจากโรงไวน์ชาเปลดาวน์ในอังกฤษให้เขา “เป็นไวน์ที่เสิร์ฟในงานแต่งงานของวิลเลียมและเคท” สเตลอธิบาย
ในทางกลับกัน หากการคำนวณให้ผลอนันต์ใน 4.8 มิติ สเตลจะเป็นผู้ชนะ ในกรณีนั้น เบิร์นต้องจัดการกับขวดจาก Stags’ Leap ใน Napa Valley
แน่นอนว่ามิติเศษส่วนไม่มีอยู่จริง แต่สเตลและเพื่อนร่วมงานของเขาได้แสดงให้เห็นว่าการคำนวณแบบห้าลูปสำหรับมิติ 4.8 คร่าวๆ นั้นสอดคล้องกับการคำนวณแบบเจ็ดลูปที่ยากกว่ามากในมิติของโลกแห่งความเป็นจริง (การคำนวณเจ็ดรอบแบบเต็มเป็นเรื่องของการเดิมพันอื่นระหว่าง Bern กับDavid Grossผู้ได้รับรางวัลโนเบลจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา) หากทฤษฎียังคงมีขอบเขตจำกัดถึงระดับดังกล่าว “นั่นจะเป็นปาฏิหาริย์ที่แท้จริง” สเตลกล่าว. การทำงานร่วมกันอย่างกลมกลืนระหว่างอนุภาคในแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดN = 8 จะเกินที่นักฟิสิกส์เข้าใจ
ยังเร็วเกินไปที่จะบอกว่าการเดิมพันระหว่าง Bern และ Stelle จะเป็นอย่างไร อย่างไรก็ตาม ในงานที่ปรากฏใน Physical Review Lettersในเดือนธันวาคม ทีมของ Bern พบ “พฤติกรรมที่ดีกว่าที่คาดไว้มาก” ของทฤษฎีอื่นที่เรียกว่าN = 4 supergravity และผลลัพธ์ดังกล่าวได้เปลี่ยนอัตราต่อรอง “มันยุติธรรมที่จะพูดว่าสิ่งต่าง ๆ กำลังอยู่ในความโปรดปรานของฉันในตอนนี้” เบิร์นกล่าว

jumboslot

หลุมดำวิบัติ
ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมใด ๆ จะต้องถูกจับด้วยหลุมดำซึ่งอธิบายโดยทฤษฎีของไอน์สไตน์ว่าเป็นเส้นโค้งที่สูงชันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในกาลอวกาศ แต่ในระดับพื้นฐานมากกว่านั้นเป็นระบบควอนตัมที่ซับซ้อนซึ่งอยู่เหนือคำอธิบายแม้ในแง่ของแรงโน้มถ่วง การอธิบายระบบเหล่านี้อาจต้องใช้มุมมองใหม่ที่รุนแรงเกี่ยวกับวิธีการทำงานของธรรมชาติ
หลุมดำก่อตัวขึ้นเมื่ออนุภาคชนกับพลังงานรวมกว่า 10,000 ล้านโปรตอน (เรียกว่า “พลังงานพลังค์”) ที่พลังงานสูงเช่นนี้ จำเป็นต้องมีไดอะแกรมไฟน์แมนจำนวนอนันต์เพื่อทำการประมาณค่าแอมพลิจูดการกระเจิงอย่างคร่าวๆ สิ่งนี้ขัดขวางความพยายามของนักฟิสิกส์ในการคำนวณคุณสมบัติควอนตัมโดยละเอียดของหลุมดำโดยตรง แม้กระทั่งในโลกที่มีความสมมาตรสูงซึ่งควบคุมโดยแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดN = 8 การคาดการณ์ของเบิร์นและเพื่อนร่วมงานของเขาสำหรับแรงโน้มถ่วงพลังงานต่ำถึงพลังงานสูงจะสร้างภาพที่คุ้นเคยของหลุมดำซึ่งเป็นเส้นโค้งที่สูงชันในกาลอวกาศ แต่การคาดการณ์นี้ไม่มีรายละเอียดมากพอที่จะตอบคำถามที่ลึกที่สุดของนักฟิสิกส์เกี่ยวกับหลุมดำ: เกิดอะไรขึ้นกับข้อมูลเกี่ยวกับอนุภาคที่ตกลงมา (สิ่งที่เรียกว่าข้อมูลขัดแย้ง ).
ตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของอนุภาคไม่สามารถถูกทำลายได้ ดังนั้นเมื่ออนุภาคพุ่งเข้าไปในหลุมดำ ข้อมูลจะต้องเข้าไปด้วย แต่กลศาสตร์ควอนตัมยังบอกด้วยว่าหลุมดำระเหยและหายไปอย่างสมบูรณ์ในที่สุด ข้อมูลไปไหน?
นักฟิสิกส์ยังคงถกเถียงกันอย่างแข็งขันเกี่ยวกับความขัดแย้งของข้อมูล แต่มีความเห็นเป็นเอกฉันท์เพิ่มมากขึ้นว่าการแก้ปัญหาในที่สุดจะบังคับให้พวกเขาละทิ้งสมมติฐานอันยาวนานที่เรียกว่าท้องที่ ความคิดที่ว่าอนุภาคโต้ตอบจากตำแหน่งที่อยู่ติดกันในอวกาศและเวลาเท่านั้น หากอนุภาคภายในและภายนอกหลุมดำสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้ ก็จะสามารถช่วยชีวิตข้อมูลจากหลุมดำที่ระเหยได้ Giddings กล่าวว่า “Locality เป็นรากฐานที่สำคัญของคำอธิบายพื้นฐานทางฟิสิกส์ของเราในปัจจุบัน” แต่ในใจของฉัน สิ่งที่บ้าน้อยที่สุดที่ต้องทำคือแก้ไขมันในทางใดทางหนึ่ง
การลบท้องที่ออกจากฟิสิกส์ของอนุภาคอาจต้องมีการปรับรูปแบบใหม่ของวิธีที่เบิร์นและนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ด้วยแรงจูงใจจากปัญหานี้ กลุ่มหนึ่งนำโดยNima Arkani-Hamedศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่สถาบันเพื่อการศึกษาขั้นสูงในเมืองพรินซ์ตัน รัฐนิวเจอร์ซี ได้ค้นพบวิธีการที่ง่ายกว่ามากในการคำนวณแอมพลิจูดของการกระเจิง อย่างน้อยก็สำหรับฟิสิกส์ควอนตัมรุ่นที่มีความสมมาตรสูง ในแนวทางใหม่นี้ แอมพลิจูดการกระเจิงกลูออนสามารถคำนวณได้โดยการวัดปริมาตรของแอมพลิทูเฮดรอน ซึ่งเป็นวัตถุทางเรขาคณิตที่รูปร่างถูกกำหนดโดยจำนวนและคุณสมบัติของกลูออนที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ ท้องที่จะไม่เข้าสู่การคำนวณเลย ความประทับใจที่เกิดการชนกันในอวกาศและเวลาเป็นเพียงคุณลักษณะของผลลัพธ์ของการคำนวณ
“แอมพลิทูเฮดรอนมีความรู้สึกที่ถูกต้อง” กิดดิงส์กล่าว “คนเหล่านี้ค้นพบโครงสร้างที่สวยงามมากนี้เพื่ออธิบายแอมพลิจูดอาจกำลังค้นพบวิธีใหม่ที่ลึกซึ้งในการดูแรงโน้มถ่วงที่จะนำไปสู่ระบอบการปกครองของหลุมดำ”
เบิร์นและเพื่อนร่วมงานของเขาไม่ได้ใช้แอมพลิทูเฮดรอนในการคำนวณแรงโน้มถ่วงยิ่งยวด แต่ “เรากำลังคิดอย่างแน่นอนว่าจะนำเข้าความคิดที่พวกเขามีได้อย่างไร และในทางกลับกัน” เขากล่าว แอมพลิทูเฮดรอนสอดคล้องกับปฏิกิริยาระหว่างกลูออน ดังนั้นความจริงที่ว่ากราวิตอนมีพฤติกรรมเหมือนกลูออนสองชุดสามารถชี้ทางไปยังรูปทรงเรขาคณิตที่รวมเอาอนุภาคมูลฐานทั้งสองเข้าด้วยกัน
Arkani-Hamed กล่าวว่า “ถ้ามีวัตถุคล้ายแอมพลิทูดรอนสำหรับแรงโน้มถ่วง” แนวคิดน่าจะเป็น มีวัตถุนี้นั่งอยู่นอกกาลอวกาศที่ให้คำตอบแก่เหตุการณ์การกระเจิงใดๆ บางครั้งคำตอบก็อยู่ที่ท้องถิ่น สื่อถึงความรู้สึกว่ามีที่และเวลามีอยู่จริง สำหรับการโต้ตอบกับระบบควอนตัมที่ไม่รู้จักซึ่งก่อให้เกิดหลุมดำ คำตอบจะไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่และเวลา
“ปัญหาที่แท้จริงคือการทำความเข้าใจวิธีการทำงาน” Giddings กล่าว “เราจะมีฟิสิกส์ได้อย่างไรซึ่งมีพฤติกรรมเฉพาะที่ในหลาย ๆ สถานการณ์ แต่เห็นได้ชัดว่ามีการออกจากสถานที่ในการปรากฏตัวของหลุมดำ? เราคิดอย่างไรเกี่ยวกับที่มาของท้องที่และเหตุใดจึงไม่แน่ชัด”
นักฟิสิกส์กำลังพูดคุยกันอย่างแข็งขันว่าหัวข้อต่าง ๆ ของการวิจัยแรงโน้มถ่วงควอนตัมอาจมารวมกันได้อย่างไร ภาพที่คลุมเครืออาจเกิดขึ้น – หนึ่งใน Gravitons กลูออนและอนุภาคอื่น ๆ ที่แสดงร่วมกันบางทีอาจเป็นส่วนประกอบของเรขาคณิตที่ยิ่งใหญ่และไม่อยู่ในท้องถิ่น – แต่พวกเขาเตือนว่าจะต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการทำให้แนวคิดหลวม ๆ ของพวกเขาเป็นรูปธรรมทางคณิตศาสตร์ และปรับให้เข้ากับโลกแห่งความเป็นจริง ดังที่เจนเซ่นกล่าวไว้ว่า “มีเรื่องราวและก็มีการคำนวณ”
เบิร์นรายงานว่าเขาและผู้ร่วมงานของเขา “พยายามอย่างหนัก” กับการคำนวณแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดครั้งล่าสุด หากในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า พวกเขาได้คำตอบที่แน่ชัดสำหรับการกระเจิงของแรงโน้มถ่วงในมิติ 4.8 แล้วแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดN = 8 จะดูเหมือนทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่ปฏิบัติได้จริงและคำนวณได้มากกว่าที่เคย กระตุ้นให้นักฟิสิกส์อนุภาคพยายามปรับแต่ง ทฤษฎีที่อธิบายโลกที่สมมาตรน้อยกว่าที่เราอาศัยอยู่ “เราจะต้องถอยออกมาและพยายามหาวิธีที่จะบิดทฤษฎีนี้ไปรอบๆ และรักษาคุณสมบัติความจำกัดของมันไว้” ดิกสันกล่าว

slot

ในทางกลับกัน หากN = 8 เกิดรอยแตกภายใต้ความกดดัน ปัจจัยสำคัญๆ จะหายไปจากทฤษฎี เช่นเดียวกับที่ขาดหายไปจากแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ นักฟิสิกส์อนุภาคหลายคนคิดว่าปัจจัยที่หายไปเหล่านี้จะเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีสตริง ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ละเอียดยิ่งขึ้นของธรรมชาติซึ่งรวมเอาแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดเข้าไปด้วย และกล่าวว่าแรงโน้มถ่วงและอนุภาคอื่นๆ ทั้งหมดเป็นเส้นมิติเดียวหรือ “สตริง” การผสมผสานผลกระทบของการสั่นสะเทือนของสายอักขระช่วยซ่อมแซมการคำนวณ แต่ทฤษฎีสตริงไม่ได้ทำนายชุดของแอมพลิจูดการกระเจิงอันเป็นเอกลักษณ์ (แทนที่จะมีภูมิทัศน์ที่กว้างใหญ่ของวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้) ดังนั้นการค้นหาทฤษฎีที่คำนวณได้และคาดการณ์ได้ของการกระเจิงของกราวิตอนจะกระทบกับสิ่งกีดขวาง

Posted in Slot | Tagged , , | Comments Off on เดิมพันอนาคตของแรงโน้มถ่วงควอนตัม