Gyles Lewis
0 
5022
833
Als Mile Gu zijn nieuwe computer opstart, kan hij de toekomst zien. Ten minste 16 mogelijke versies ervan - allemaal tegelijk.
Gu, een assistent-professor natuurkunde aan de Nanyang Technological University in Singapore, werkt in kwantumcomputers. Deze tak van de wetenschap gebruikt de vreemde wetten die de kleinste deeltjes van het universum beheersen om computers te helpen efficiënter te berekenen.
In tegenstelling tot klassieke computers, die informatie opslaan als bits (binaire cijfers van 0 of 1), coderen quantumcomputers informatie in quantumbits of qubits. Deze subatomaire deeltjes kunnen, dankzij de vreemde wetten van de kwantummechanica, bestaan in een superpositie van twee verschillende toestanden tegelijkertijd.
Net zoals de hypothetische kat van Schrödinger tegelijkertijd dood en levend was totdat iemand de doos opende, kan een qubit in een superpositie gelijk zijn aan 0 en 1 totdat deze wordt gemeten. Het opslaan van meerdere verschillende resultaten in één qubit kan een hoop geheugen besparen in vergelijking met traditionele computers, vooral als het gaat om het maken van gecompliceerde voorspellingen. [Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings]
In een studie die op 9 april in het tijdschrift Nature Communications werd gepubliceerd, demonstreerden Gu en zijn collega's dit idee met behulp van een nieuwe kwantumsimulator die de uitkomsten van 16 verschillende toekomsten kan voorspellen (het equivalent van bijvoorbeeld vier keer een munt omdraaien) in een kwantumsuperpositie. Deze mogelijke toekomsten werden gecodeerd in een enkel foton (een kwantumdeeltje van licht) dat meerdere paden tegelijk bewoog terwijl het door verschillende sensoren ging. Vervolgens gingen de onderzoekers nog een stap verder door twee fotonen naast elkaar af te vuren en te volgen hoe de potentiële toekomsten van elk foton uiteenliepen onder enigszins verschillende omstandigheden..
"Het lijkt een beetje op Doctor Strange in de film 'Avengers: Infinity War'", vertelde Gu. Voorafgaand aan een climaxstrijd in die film, kijkt de helderziende arts vooruit in de tijd om 14 miljoen verschillende toekomsten te zien, in de hoop die te vinden waarin de helden de grote slechterik verslaan. "Hij berekent al deze mogelijkheden gecombineerd om te zeggen: 'Oké, als ik mijn beslissing op deze kleine manier verander, hoeveel zal de toekomst dan veranderen?' Dit is de richting waarin onze simulatie zich beweegt. "
Een kwantummunt omdraaien
De onderzoekers testten hun kwantumvoorspellingsmotor met behulp van een klassiek model dat de perturbed coin wordt genoemd.
'Stel je voor dat er een doos is, en daarin zit een enkele munt,' zei Gu. "Bij elke stap van het proces schudt iemand de doos een beetje, zodat de munt een kleine kans heeft om om te draaien."
In tegenstelling tot een traditionele toss, waarbij de uitkomst altijd een gelijke kans heeft om kop of munt te zijn, hangt de uitkomst van elke verstoorde toss af van de toestand waarin de munt zich tijdens de vorige stap bevond. Als de munt bijvoorbeeld van kop naar munt omdraait tijdens de derde keer schudden van de doos, dan blijft de vierde keer schudden waarschijnlijk munt.
De onderzoekers voerden twee verschillende versies van het muntexperiment uit, een waarin de doos iets sterker werd geschud en een andere met zwakkere schudden. Bij elk experiment werd de doos vier keer geschud, wat 16 mogelijke combinaties van kop en staart opleverde. Na de vierde stap codeerde het team de superpositie van alle 16 uitkomsten in een enkel foton, waarbij tegelijkertijd de waarschijnlijkheid van elke mogelijke uitkomst werd getoond op basis van de kracht waarmee de doos werd geschud..
Ten slotte combineerde het team de superposities van de sterk geschudde munt en de zwak geschudde munt om één hoofdkaart van mogelijke toekomsten te creëren..
"Dit liet ons zien hoe snel de toekomst uiteenliep, afhankelijk van hoe hard ik de doos bij elke stap schudde", zei Gu..
Op dit moment zorgen de beperkingen van de rekenkracht ervoor dat de simulator van het team slechts 16 mogelijke toekomsten tegelijk kan bekijken. Maar op een dag, terwijl kwantumcomputers groter, krachtiger en gewoner worden, kunnen simulators zoals deze worden uitgebreid om oneindig veel toekomsten tegelijk te zien, zei Gu. Dit kan helpen bij zaken als weersvoorspelling of beter geïnformeerde investeringen op de aandelenmarkt. Het zou zelfs kunnen helpen bij het verbeteren van machine learning, waarbij kunstmatige intelligentie zichzelf leert om steeds betere voorspellingen te doen.
Dit is allemaal "zeer verkennend", voegde Gu eraan toe, en het vereist nog veel verder experimenteren om alle toepassingen van de kwantumsimulator te achterhalen. Helaas is het lot van deze helderziende computer een toekomst die een mysterie blijft.
- De grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde
- 18 keer Quantum Particle blies onze geest
- Wat is dat? Uw vragen over natuurkunde beantwoord
Oorspronkelijk gepubliceerd op .