اثبات علم کامپیوتر شکل غیرمنتظره ای از درهم تنیدگی را نشان می دهد – ناتیلوس


کاوش کنید

آ اثبات جدید قابل توجه در پیچیدگی محاسباتی کوانتومی را می توان با یک آزمایش فکری بازیگوش به بهترین نحو درک کرد. حمام کنید، سپس دسته ای از آهنرباهای میله ای شناور را در آب بریزید. هر آهنربا جهت خود را به جلو و عقب می چرخاند و سعی می کند با همسایگان خود هماهنگ شود. آهنرباهای دیگر را فشار می دهد و می کشد و در مقابل فشار می آورد و کشیده می شود. حال سعی کنید به این پاسخ دهید: ترتیب نهایی سیستم چگونه خواهد بود؟

به نظر می رسد که این مشکل و سایر موارد مشابه آن غیرممکن است پیچیده باشد. با هر چیزی بیش از چند صد آهنربا، شبیه سازی های کامپیوتری زمان بیهوده ای را برای یافتن پاسخ نیاز دارند.

اکنون آن آهنرباها را کوانتومی کنید – اتم های منفرد تابع قوانین بیزانسی جهان کوانتومی هستند. همانطور که ممکن است حدس بزنید، مشکل حتی سخت تر می شود. هنری یوئن از دانشگاه کلمبیا گفت: «تعامل ها پیچیده تر می شوند. زمانی که دو آهنربای کوانتومی همسایه خوشحال هستند، محدودیت پیچیده‌تری وجود دارد.»

این سیستم های ساده به نظر بینش استثنایی در مورد محدودیت های محاسبات، در هر دو نسخه کلاسیک و کوانتومی ارائه کرده اند. در مورد سیستم‌های کلاسیک یا غیرکوانتومی، یک قضیه برجسته از علم کامپیوتر ما را فراتر می‌برد. این قضیه که قضیه PCP نامیده می‌شود (برای «اثبات احتمالی قابل بررسی»)، می‌گوید که نه تنها محاسبه وضعیت نهایی آهن‌رباها (یا جنبه‌های مرتبط با آن) فوق‌العاده دشوار است، بلکه بسیاری از مراحل منتهی به آن نیز دشوار است. پیچیدگی وضعیت حتی شدیدتر است، به عبارت دیگر، با وضعیت نهایی احاطه شده توسط یک منطقه مرموز.

نسخه دیگری از قضیه PCP که هنوز اثبات نشده است، به طور خاص به قضیه کوانتومی می پردازد. دانشمندان کامپیوتر گمان می کنند که حدس PCP کوانتومی درست است و اثبات آن درک ما از پیچیدگی مسائل کوانتومی را تغییر می دهد. مسلماً این مهم ترین مسئله باز در نظریه پیچیدگی محاسباتی کوانتومی در نظر گرفته می شود. اما تا کنون، دست نیافتنی باقی مانده است.

نه سال پیش، دو محقق یک هدف میانی را برای کمک به ما برای رسیدن به آن شناسایی کردند. آنها به فرضیه ساده تری رسیدند که به عنوان حدس “بدون حالت بی اهمیت با انرژی کم” (NLTS) شناخته می شود، که اگر حدس PCP کوانتومی درست باشد، باید درست باشد. اثبات آن لزوماً اثبات حدس PCP کوانتومی را آسان‌تر نمی‌کند، اما برخی از جالب‌ترین سؤالات آن را حل می‌کند.

سپس در ژوئن سال 2022، در مقاله ای که در سایت پیش چاپ علمی arxiv.org ارسال شد، سه دانشمند کامپیوتر حدس NLTS را اثبات کردند. نتیجه، پیامدهای قابل توجهی برای علوم کامپیوتر و فیزیک کوانتومی دارد.

دوریت آهارونوف از دانشگاه عبری اورشلیم گفت: این بسیار هیجان انگیز است. “این افراد را تشویق می کند تا به مشکل سخت تر حدس PCP کوانتومی نگاه کنند.”

اخبار کوانتوم: آنوراگ انشو و نیکولاس بروکمن (سمت چپ) به همراه چین مای نیرکه ثابت کردند که این امکان برای سیستم های کوانتومی وجود دارد که در دماهای بالاتر از آنچه قبلاً انتظار می رفت، درهم تنیدگی را حفظ کنند. عکس‌های الیزا گرینل (سمت چپ) و سورابی نیرکه.

برای درک نتیجه جدید، با تصویر کردن یک سیستم کوانتومی مانند مجموعه ای از اتم ها شروع کنید. هر اتم دارای خاصیتی به نام اسپین است که تا حدودی شبیه تراز یک آهنربا است، زیرا در امتداد یک محور قرار می گیرد. اما برخلاف تراز آهنربا، اسپین اتم می‌تواند در حالتی باشد که مخلوطی از جهات مختلف است، پدیده‌ای که به نام برهم نهی شناخته می‌شود. علاوه بر این، ممکن است توصیف اسپین یک اتم بدون در نظر گرفتن اسپین اتم های دیگر از مناطق دور غیرممکن باشد. وقتی این اتفاق می‌افتد، گفته می‌شود آن اتم‌های مرتبط به هم در حالت درهم‌تنیدگی کوانتومی هستند. درهم تنیدگی قابل توجه است، اما همچنین شکننده است و به راحتی توسط فعل و انفعالات حرارتی مختل می شود. هر چه گرمای یک سیستم بیشتر باشد، درهم‌تنیدگی آن سخت‌تر می‌شود.

حتما بخوانید:
Cityfurnish - اجاره مبلمان درجه یک و لوازم خانگی برند

حال تصور کنید که دسته ای از اتم ها را خنک کنید تا زمانی که به صفر مطلق نزدیک شوند. با سردتر شدن سیستم و پایدارتر شدن الگوهای درهم تنیدگی، انرژی آن کاهش می یابد. کمترین انرژی ممکن، یا «انرژی زمین»، توصیف مختصری از وضعیت نهایی پیچیده کل سیستم را ارائه می دهد. یا حداقل اگر بتوان آن را محاسبه کرد، انجام می‌شود.

با شروع در اواخر دهه 1990، محققان دریافتند که برای سیستم های خاص، این انرژی زمین هرگز نمی تواند در هیچ چارچوب زمانی معقولی محاسبه شود.

با این حال، فیزیکدانان فکر می‌کردند که محاسبه سطح انرژی نزدیک به انرژی زمین (اما نه کاملاً در آنجا) باید آسان‌تر باشد، زیرا سیستم گرم‌تر و درهم‌تنیده‌تر و در نتیجه ساده‌تر می‌شود.

دانشمندان علوم کامپیوتر مخالف هستند. با توجه به قضیه PCP کلاسیک، محاسبه انرژی های نزدیک به حالت نهایی به اندازه خود انرژی نهایی دشوار است. و بنابراین، نسخه کوانتومی قضیه PCP، اگر درست باشد، می گوید که محاسبه انرژی های پیش ساز انرژی زمین به همان اندازه انرژی زمین سخت است. از آنجایی که قضیه PCP کلاسیک درست است، بسیاری از محققان فکر می کنند که نسخه کوانتومی نیز باید درست باشد. یوئن گفت: مطمئناً یک نسخه کوانتومی باید درست باشد.

پیامدهای فیزیکی چنین قضیه ای عمیق خواهد بود. این بدان معناست که سیستم‌های کوانتومی وجود دارند که درهم تنیدگی خود را در دماهای بالاتر حفظ می‌کنند که کاملاً با انتظارات فیزیکدانان در تضاد است. اما هیچ کس نتوانست اثبات کند که چنین سیستمی وجود دارد.

در سال 2013، مایکل فریدمن و متیو هستینگز که هر دو در ایستگاه Q مایکروسافت تحقیقاتی در سانتا باربارا، کالیفرنیا کار می‌کردند، این مشکل را کاهش دادند. آن‌ها تصمیم گرفتند به دنبال سیستم‌هایی بگردند که محاسبه کمترین و تقریباً کمترین انرژی آن‌ها تنها بر اساس یک معیار دشوار باشد: مقدار مداری که برای شبیه‌سازی آن‌ها توسط رایانه لازم است. این سیستم‌های کوانتومی، اگر می‌توانستند آن‌ها را پیدا کنند، باید الگوهای درهم‌تنیدگی غنی را در تمام کمترین انرژی‌هایشان حفظ کنند. وجود چنین سیستم هایی حدس PCP کوانتومی را ثابت نمی کند – ممکن است معیارهای سختی دیگری در نظر گرفته شود – اما به عنوان پیشرفت محسوب می شود.

دانشمندان کامپیوتر چنین سیستمی را نمی‌شناختند، اما می‌دانستند به دنبال آن‌ها کجا بروند: در حوزه مطالعاتی به نام تصحیح خطای کوانتومی، جایی که محققان دستور العمل‌هایی از درهم تنیدگی می‌سازند که برای محافظت از اتم‌ها در برابر اختلال طراحی شده است. هر دستور غذا به عنوان یک کد شناخته می شود، و کدهای زیادی با قد بزرگتر و کوچکتر وجود دارد.

حتما بخوانید:
شرکت طراحی داخلی و دکوراسیون داخلی دکوطرح

در پایان سال 2021، دانشمندان کامپیوتر پیشرفت بزرگی در ایجاد کدهای تصحیح خطای کوانتومی با ماهیت اساسا ایده آل کردند. در طول ماه‌های بعدی، چندین گروه دیگر از محققان بر اساس آن نتایج برای ایجاد نسخه‌های مختلف استفاده کردند.

سه نویسنده مقاله که در دو سال گذشته در پروژه‌های مرتبط با هم همکاری می‌کردند، گرد هم آمدند تا ثابت کنند یکی از کدهای جدید تمام ویژگی‌های مورد نیاز برای ساختن یک سیستم کوانتومی از نوع فرضیه فریدمن و هستینگز را دارد. با انجام این کار، آنها حدس NLTS را ثابت کردند.

نتایج آنها نشان می دهد که درهم تنیدگی لزوماً آنطور که فیزیکدانان فکر می کردند شکننده و حساس به دما نیست. و از حدس PCP کوانتومی پشتیبانی می‌کند و نشان می‌دهد که حتی دور از انرژی زمین، محاسبه انرژی یک سیستم کوانتومی تقریباً غیرممکن است.

آیزاک کیم از دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، می گوید: «این به ما می گوید که چیزی که بعید به نظر می رسید درست باشد، درست است. “البته در یک سیستم بسیار عجیب.”

محققان بر این باورند که ابزارهای فنی مختلفی برای اثبات حدس کامل PCP کوانتومی مورد نیاز خواهد بود. با این حال، آنها دلایلی برای خوش بین بودن می بینند که نتیجه فعلی آنها را به هم نزدیکتر خواهد کرد.

آنها شاید بیشتر از همه به این موضوع علاقه مند شده اند که آیا سیستم های کوانتومی NLTS تازه کشف شده – اگرچه در تئوری امکان پذیر است – واقعاً می توانند در طبیعت ایجاد شوند و چه شکلی هستند. با توجه به نتایج کنونی، آنها به الگوهای پیچیده ای از درهم تنیدگی دوربرد نیاز دارند که هرگز در آزمایشگاه تولید نشده اند و تنها می توانند با استفاده از اعداد نجومی اتم ساخته شوند.

چینمی نیرکه، دانشمند کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، و یکی از نویسندگان مقاله به همراه آنوراگ انشو از دانشگاه هاروارد و نیکولاس بروکمن از دانشگاه کالج لندن، گفت: “این اشیاء بسیار مهندسی شده هستند.”

انشو گفت: “اگر توانایی جفت کردن کیوبیت های بسیار دور را دارید، من معتقدم که می توانید این سیستم را درک کنید.” اما سفر دیگری برای رفتن به طیف کم انرژی وجود دارد. Breuckmann اضافه کرد: “شاید بخشی از جهان وجود داشته باشد که NLTS است. من نمی دانم.”

تصویر اصلی: کریستینا آرمیتاژ برای مجله کوانتا.

این مقاله در ابتدا در انتزاعات کوانتایی وبلاگ.


منبع: khabar-shoma.ir

hacklink al hd film izle php shell indir siber güvenlik türkçe anime izle Fethiye Escort android rat duşakabin fiyatları fud crypter hack forum instagram beğeni bayan escort - vip elit escort html nullednulled themesMobil Ödeme BozdurmaMobil Ödeme BozdurmaNovagraMobil Ödeme BozdurmaMobil Ödeme BozdurmaVodafone Mobil Ödeme Bozdurma