Учёные в Китае прогрессируют в управлении поведением сложных квантовых систем
Ученые из Китайской академии наук и Пекинского университета применили 78-кубитный квантовый чип «Чуан-цзы 2.0» для изучения и управления претермализацией — промежуточного устойчивого состояния, возникающего перед полным хаотическим распадом квантовой системы. Они продлили период coherentности квантовой информации, замедлив процесс термализации, сообщает China Daily.
Опыт демонстрирует, что можно регулировать термостабилизацию, изменяя схемы управления, что усиливает контроль над квантовыми процессами. Такой прорыв приближает квантовые превосходства и более эффективные технологии. Итоги эксперимента размещены в журнале Nature.
Квантовые системы ведут себя иначе, чем классические объекты. При взаимодействии множества квантовых частиц их совместное поведение усложняется, а данные стремительно распространяются. В итоге это вызывает термализацию — равномерное перераспределение энергии и информации, из-за чего система утрачивает исходное состояние. Для квантовых компьютеров это критическая преграда: после термализации уязвимая квантовая информация разрушается, делая стабильные расчеты невозможными.
Термализация не всегда протекает равномерно и быстро. По мнению специалистов, в некоторых сценариях система замирает. Она входит в промежуточную фазу стабильности, где хаос замедляется, и часть данных сохраняется. Это состояние называют претермализацией.
Авторы сравнивают это с плавлением ледяного блока. При нагреве температура держится на нуле, пока лед не растает: энергия идет на трансформацию, а не на подъем тепла. Аналогично, управляемая квантовая среда может принимать энергию, не впадая в полный беспорядок.
В тесте исследователи «возбуждали» чип точными импульсами энергии. Вместо однообразных циклов они задействовали подход случайного многополярного контроля. Он добавляет организованную неопределенность в управление, опираясь на последовательности, которые балансируют между порядком и хаосом.
Манипулируя частотой и длительностью этих импульсов, исследователи сумели управлять продолжительностью пребывания квантовой системы в состоянии претермализации, после чего она стремительно переходила в хаотическое. Выяснилось, что данный процесс поддается замедлению или ускорению. Анализ данных выявил, что в фазе претермизации квантовая информация сохранялась в целом стабильной, а увеличение энтропии сдерживалось. Но после окончания этой стадии квантовая корреляция — фундаментальный элемент квантовой физики — активизировалась и молниеносно охватила всю систему, сделав ее недоступной для точных симуляций на обычных вычислительных устройствах.
Специалисты подчеркнули, что эти открытия способны оказать влияние на дальнейшие работы по квантовому моделированию, контролю квантовых процессов и родственным направлениям. Группа намерена создать расширенные квантовые чипы с повышенной адаптивностью конструкции, дабы изучить более запутанные квантовые явления и подтвердить то, что они обозначают как «практическое квантовое превосходство, поддающееся верификации». Речь идет о ситуации, когда квантовые устройства не только ускоряют вычисления, но и справляются с реальными задачами, ранее считавшимися невыполнимыми.