Kvant kompüterlər belə çətin problemi niyə çözə bilmir?

Kvant maddə fazalarını tanımaq niyə çətindir?

Maddənin fazalarını bir-birindən ayırmaq gündəlik həyatda nisbətən sadədir. Məsələn, maye ilə qaz fazasını ayırmaq çətin deyil. Lakin kvant aləmində bu proses daha mürəkkəbdir. Kvant maddə fazaları yalnız sıfır Kelvin temperaturunda baş verir və bu fazaların xüsusiyyətlərini kvant mexanikası müəyyən edir. Bu fazalar kvant dəyişmələri ilə formalaşır və bəzən topoloji fazalar kimi təsvir olunur.

Kaliforniya Texnologiya İnstitutundan Tomas Şuster və onun araşdırma qrupu kvant kompüterlərinə bu fazaları tanıma tapşırığı verib və bu problemin həllinin mümkün olmadığını müəyyən ediblər. Onlar bildirirlər: 'Kvant mexanikası tamamən yeni maddə fazalarını üzə çıxartdı və bu fazaları tanımaq həm fizika, həm də informasiya elmi üçün fundamental əhəmiyyət daşıyır.'

Çətinlik nədən qaynaqlanır?

Araşdırmada müəyyən edilib ki, kvant kompüterlərinin fazaları tanıma qabiliyyəti, sistemin korrelyasiya uzunluğu (ξ) artdıqca eksponensial olaraq çətinləşir. Sistem boyutları n ilə ξ arasında əlaqə olduqda, bu müddət super-polynomial çətinliklərə səbəb olur. Bu da hesablamaların həddindən artıq vaxt almasına və nəticədə, onların həll edilməz olmasına gətirib çıxarır.

Alimlərin araşdırmaları nəyi göstərir?

Şuster və onun komandası, kvant kompüterlərin bəzi fazaları tanımaqda ciddi çətinliklərlə üzləşdiyini təsdiq edən riyazi ssenarilər yaradıblar. Araşdırma göstərir ki, simmetriyanı pozan, simmetriya ilə qorunan topoloji fazalar (SPT fazalar) və hətta klassik fazalar belə tanımaq üçün kvant kompüterləri üçün çətinliklər yaradır.

Araşdırma müəllifləri qeyd edirlər: 'Konseptual səviyyədə, nəticələrimiz ən pis halda belə bir ifadə ilə şərh edilməlidir: Klassik və kvant halları mövcuddur ki, onların fazaları dəqiq müəyyən olunsa da, effektiv kvant eksperimentlərində tanınması mümkün deyil.'

Gələcək tədqiqatlar nəyi dəyişə bilər?

Bu araşdırma, fiziki müşahidənin məhdudiyyətləri haqqında daha geniş sualları gündəmə gətirir. Şusterin komandası bu il əvvəlki araşdırmasında kvant kompüterlərində təsadüfilik mövzusunu araşdırmışdı. Onlar belə nəticəyə gəliblər ki, bəzi fundamental fiziki xüsusiyyətlər, məsələn, maddənin inkişaf müddəti və fazaları, ənənəvi kvant eksperimentləri ilə öyrənilmək baxımından çətin ola bilər.

Gələcək araşdırmaların bu çətinlikləri aşmaq üçün yeni yanaşmaları test edəcəyi gözlənilir. Alimlər xüsusilə, fazaların praktikada tanınmasını asanlaşdıran fiziki xüsusiyyətləri araşdırmağı və bu tanıma prosesini daha əlçatan edə biləcək metodları inkişaf etdirməyi planlaşdırırlar.

Bu kəşf, kvant texnologiyalarının inkişafında yeni suallar doğurmaqla yanaşı, insanlığın kainatı dərk etmək səylərinə daha geniş perspektiv gətirir.