Mechanika kwantowa od dawna przyciąga uwagę naukowców swoimi dziwnymi i kontrowersyjnymi zjawiskami. Jednym z najbardziej zagadkowych aspektów tej dziedziny jest rola, jaką pomiary odgrywają w teorii. Pomiary mogą zakłócić subtelną kwantową naturę systemu, wypełniając lukę między światem kwantowym i klasycznym. Teraz badacze z Google Quantum AI i Uniwersytetu Stanforda dokonali znaczącego przełomu w zrozumieniu wpływu pomiarów na układy kwantowe.

Jeśli chodzi o komputery kwantowe, pomiary mogą mieć ogromny wpływ na dystrybucję i organizację danych. W systemie kwantowych jednostek danych zwanych kubitami pomiary mogą prowadzić do zupełnie nowych faz informacji kwantowej. Dzieje się tak na skutek oddziaływania dwóch konkurujących ze sobą sił: interakcji i wymiarów.

W układzie kwantowym kubity oddziałują ze sobą, w wyniku czego udostępniane informacje znajdują się w stanie splątanym. Jednak podczas pomiaru układu to splątanie ulega zniszczeniu. Walka pomiędzy interakcjami i wymiarami skutkuje dwiema odrębnymi fazami: jedną, w której dominują interakcje i splątanie jest powszechne, oraz drugą, w której wymiary dominują i tłumią splątanie.

W przełomowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature naukowcy z Google Quantum AI i Uniwersytetu Stanforda zaobserwowali przecięcie tych dwóch faz, znane jako „przejście fazowe indukowane pomiarami”. Badanie to jest ważnym kamieniem milowym, ponieważ po raz pierwszy badano takie efekty w systemie składającym się z 70 kubitów.

Naukowcy nie tylko zaobserwowali przejścia między fazami, ale także odkryli nową formę teleportacji kwantowej wynikającą z tych pomiarów. Teleportacja kwantowa umożliwia przeniesienie nieznanego stanu kwantowego z jednego zestawu kubitów do drugiego. Wyniki te mogą prowadzić do nowych technik, które mogą zrewolucjonizować obliczenia kwantowe.

Zrozumienie wpływu pomiarów na układy kwantowe wymaga wizualizacji splątanej sieci połączeń pomiędzy kubitami. Jednak to zadanie jest niezwykle trudne, ponieważ sama sieć jest niewidoczna. Wnioski o jego istnieniu badacze mogą wyciągnąć jedynie analizując korelacje statystyczne pomiędzy wynikami pomiarów.

W przeszłości ograniczenia eksperymentalne uniemożliwiały badanie przejść fazowych wywołanych pomiarami w dużych układach. Aby przezwyciężyć te trudności, badacze zastosowali innowacyjne techniki eksperymentalne. Zmienili kolejność operacji, aby uprościć eksperyment i opracowali nową metodę wykorzystującą pojedynczy kubit „sondujący” do pomiaru pewnych cech sieci splątania.

Implikacje tych badań wykraczają poza mechanikę kwantową. Zrozumienie przejść fazowych wywołanych pomiarami ma kluczowe znaczenie dla pogłębienia naszej wiedzy na temat informacji kwantowej i jej zastosowań w takich dziedzinach, jak kryptografia i problemy optymalizacyjne.

Wyniki tych badań otwierają nowe możliwości badania zachowania układów kwantowych i mogą utorować drogę bardziej wydajnym i niezawodnym algorytmom obliczeń kwantowych. W miarę ciągłego rozwoju technologii odkrycie tajemnic pomiarów kwantowych niewątpliwie ukształtuje przyszłość przetwarzania informacji.