量子アルゴリズムを一度も研究したことがなかった彼にとって、最初の関連研究は量子物理学の問題を証明したのです。

MITのコンピューター科学者たちは数学的手法を用いて、温度が一定の値に達すると熱によって量子もつれが完全に消失することを発見した。

量子もつれが消失するということは、そのようなもつれに基づくあらゆる量子コンピューティングや量子通信プロトコルが失敗し、システムが量子的な動作から古典的な動作に変化することを意味します。

例えば、量子コンピュータは量子もつれを利用して並列計算を実現し、計算速度を大幅に向上させます。量子もつれが消失すれば、量子コンピュータの利点は失われ、その性能は古典コンピュータと同等になる可能性があります。

これに先立ち、学術界は量子もつれの「突然の消失」を観察していたが、その理解は十分に深まっていなかった。

計算科学者によって提供された数学的証明は、この現象をより包括的かつ厳密に実証しています。

注目すべきは、チームメンバー4人のうち3人は2023年以前に量子アルゴリズムを研究したことがなく、もともとコンピューターサイエンスの理論研究に従事していたことだ。

彼らはもともと量子コンピューティングの理論を探求するつもりでしたが、意図せずしてこの物理的な問題を証明してしまいました。

彼らは、量子物理学に関する知識が限られていることが、研究にまったく新しい視点をもたらすという利点であると感じていました。

チームには中国人の顔も見られた。

メンバーは、ユイン・タン、アレン・リウ、アイネシュ・バクシ、アンクル・モイトラの4人です。

意図せず柳を植えると、予想外の日陰が生まれる

約1世紀前、物理学者シュレーディンガーは、原子などの量子粒子が相互作用すると、個々のアイデンティティを放棄し、その部分の合計よりも大きく奇妙な集合状態を形成することを発見しました。

これが量子もつれです。

理想的な量子システムでは、エンタングルメントの理解は比較的明確ですが、現実の世界では状況ははるかに複雑です。

低温では、量子もつれは長距離にわたって伝播し、量子の世界の魅力的な特性を示す。しかし、温度が上昇すると、この脆弱な結合は破壊される。

学術界は、量子もつれは温度上昇によって弱まるだけではないことも観察しています。あるシステムにおいては、特定の温度以上になると量子もつれが消失するのです。

指数関数的に縮小するのではなく、直接 0 になります。

彼らはこの現象を量子もつれの「突然死」と呼んでいます。

科学者たちはこれらの兆候を観察してきましたが、その存在を直接証明する証拠はこれまでありませんでした。しかし、最新の研究では数学的証明を用いて、この現象を強力に裏付けています。

ユイン・タンと彼の3人の同僚は当初、将来の量子コンピュータの理論的能力を探求するための新たな量子アルゴリズムの開発を計画していました。彼らの目標は、量子システムの研究のための具体的なアルゴリズム、つまり量子コンピュータ上で実行して量子物理学に関連する問題を解くことができるアルゴリズムを提供することでした。

彼らは、量子物理学と量子コンピューティングを理解するための重要なモデルであるスピン系の熱平衡状態に興味を持っています。

彼らはこれらのアルゴリズムを使用して、さまざまな温度での量子システムの挙動を記述する効果的な方法を見つけたいと考えています。

今年2月、タンとモイトラはアイネシュ・バクシとアレン・リューと共にこの問題の研究を開始し、スピン系における多くの問題を解くことができる量子アルゴリズムを開発しました。

研究チームは、比較的高い温度に焦点を当てることにしました。なぜなら、このような条件下では高速な量子アルゴリズムが存在する可能性があると考えたからです。

すぐに、彼らは学習理論における古い手法を新しい高速アルゴリズムに変換する方法を見つけました。

しかし、彼らが論文を書いているときに、別のグループも同様の結果に達しました。

これにより、チームは少々がっかりした。

そこで彼らは、マドリード理論物理学研究所の物理学者アルバロ・アルハンブラに連絡を取りました。アルハンブラが2つの研究の違いを特定する手助けをしてくれることを期待したのです。

その結果、アルハンブラは、研究の過程で、熱平衡状態にあるどのスピンシステムでも、ある一定の温度を超えると量子もつれが完全に消失する可能性があることが証明されたことを発見した。

これはとても重要です。

研究チームはその後すぐに論文の方向性を修正しました。

量子もつれが「突然消える」という直接的な証拠が見つかったのは、2000年頃以来初めてだ。

システムが大きくなるほど、また温度が高くなるほど、エンタングルメントが消える可能性が高くなります。

さらに、量子もつれが突然消える温度は、システム内の原子の総数ではなく、隣接する原子間の相互作用に依存することを実証しました。

しかし、この結果はこれまで数学モデルでのみ証明されており、さらなる調査が必要です。

研究チームの著者の一人であるモイトラ氏は、将来について非常に楽観的であると語った。

この探索のプロセスでは、さらにクレイジーな新しいアルゴリズムが発見されるでしょう。

参考リンク:
https://www.quantamagazine.or...