Når Mile Gu starter sin nye computer op, kan han se fremtiden. Mindst 16 mulige versioner af det - alle på samme tid.
Gu, en adjunkt i fysik ved Nanyang Technological University i Singapore, arbejder inden for kvanteberegning. Denne videnskabsgren bruger de underlige love, der styrer universets mindste partikler til at hjælpe computere med at beregne mere effektivt.
I modsætning til klassiske computere, der lagrer information som bits (binære cifre på enten 0 eller 1), koder kvantecomputere information i kvantebits eller qubits. Disse subatomære partikler, takket være kvantemekanikens underlige love, kan eksistere i en superposition af to forskellige tilstande på samme tid.
Ligesom Schrödingers hypotetiske kat samtidig var død og i live, indtil nogen åbnede boksen, kan en kvbbit i en superposition ligne både 0 og 1, indtil den måles. Opbevaring af flere forskellige resultater i en enkelt qubit kan spare et ton hukommelse sammenlignet med traditionelle computere, især når det kommer til at lave komplicerede forudsigelser.
I en undersøgelse, der blev offentliggjort 9. april i tidsskriftet Nature Communications, demonstrerede Gu og hans kolleger denne idé ved hjælp af en ny kvantesimulator, der kan forudsige resultaterne af 16 forskellige futures (svarende til, for eksempel at vende en mønt fire gange i træk) i en kvantesuperposition. Disse mulige futures blev kodet i en enkelt foton (en kvantepartikel af lys), der bevægede sig ad flere stier samtidig, mens de passerede gennem flere sensorer. Derefter gik forskerne et skridt videre, fyrede to fotoner side om side og sporer, hvordan hver fotons potentielle futures divergerede under lidt forskellige forhold.
"Det er ligesom Doctor Strange i filmen 'Avengers: Infinity War'", fortalte Gu til Live Science. Inden en klimakamp i den film ser den klarsynte læge frem i tid til at se 14 millioner forskellige fremtider i håb om at finde den, hvor heltene besejre den store onde. "Han foretager en samlet beregning af alle disse muligheder for at sige 'OK, hvis jeg ændrede min beslutning på denne lille måde, hvor meget vil fremtiden ændre sig?' Dette er den retning, som vores simulering bevæger os fremad til. "
Vend en kvante mønt
Forskerne testede deres kvantepredikationsmotor ved hjælp af en klassisk model kaldet den forstyrrede mønt.
"Forestil dig, at der er en kasse, og inde i den er en enkelt mønt," sagde Gu. "På hvert trin i processen ryster nogen kassen lidt, så mønten har en lille sandsynlighed for at vende."
I modsætning til en traditionel møntkast, hvor resultatet altid har en lige chance for at være enten hoveder eller haler, afhænger resultatet af hver forstyrret møntkast, afhængigt af den tilstand, mønten var i under det forrige trin. Hvis mønten vippede fra hoveder til haler under den tredje rystelse af kassen, for eksempel, ville den fjerde ryste sandsynligvis forblive haler.
Forskerne kørte to forskellige versioner af mønteksperimentet, hvor den ene blev bokset lidt stærkere og en anden med svagere jiggler. I hvert eksperiment blev boksen jigglet fire gange, hvilket gav 16 mulige kombinationer af hoveder og haler. Efter det fjerde trin kodede holdet dets superposition af alle 16 udfald i en enkelt foton, der samtidig viser sandsynligheden for ethvert muligt resultat baseret på den styrke, som boksen blev rystet med.
Til sidst kombinerede teamet superpositionerne af den stærkt ryste mønt og den svagt ryste mønt for at skabe et mesterkort over mulige fremtider.
"Dette viste os, hvor hurtigt futures divergerede afhængigt af hvor hårdt jeg rystede boksen på hvert trin," sagde Gu.
Lige nu betyder begrænsninger for computerkraft teamets simulator kun kan se på 16 mulige futures på én gang. Men en dag, når kvantecomputere bliver større, mere magtfulde og mere almindelige, kunne simulatorer som denne udvides til at se uendeligt mange futures på én gang, sagde Gu. Dette kan hjælpe med ting som vejrforudsigelse eller foretage mere informerede investeringer på aktiemarkedet. Det kan endda hjælpe med at forbedre maskinlæring, som handler om kunstig intelligensundervisning i sig selv til at komme med bedre og bedre forudsigelser.
Dette er alt "meget eksplorativt," tilføjede Gu, og vil kræve masser af yderligere eksperimentering for at finde ud af alle kvantesimulatorens applikationer. Desværre er denne klarsynte computers egen skæbne en fremtid, der forbliver et mysterium.
