Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Zhejiang και το Πανεπιστήμιο του Leeds, οδηγήθηκε σε μια νέα μέθοδο για την ανακάλυψη επαναλαμβανόμενων μοτίβων τακτικής κίνησης μέσα σε χαοτικά κβαντικά συστήματα πολλών σωμάτων. Χρησιμοποιώντας έναν υπεραγώγιμο κβαντικό επεξεργαστή, οι ερευνητές κατάφεραν να σταθεροποιήσουν και να χαρτογραφήσουν νησίδες τάξης μέσα σε ένα χαοτικό κβαντικό περιβάλλον.
Αναζήτηση τακτικής κίνησης στο κβαντικό χάος
Σε πολλά σύνθετα κβαντικά συστήματα, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών τους προκαλούν ταχεία απώλεια της αρχικής τους δομής, οδηγώντας σε θερμικοποίηση. Ωστόσο, προηγούμενες μελέτες της ομάδας είχαν δείξει ότι ορισμένες αρχικές καταστάσεις μπορούν να επιστρέφουν περιοδικά στην αρχική τους μορφή, ένα φαινόμενο γνωστό ως κβαντικές ουλές (quantum scars).
Η πρόκληση ήταν να διαπιστωθεί αν αυτές οι εξαιρέσεις αποτελούν μέρος ενός ευρύτερου μεικτού χώρου φάσεων, όπου η τακτική και η χαοτική κίνηση συνυπάρχουν, όπως συμβαίνει σε κλασικά συστήματα όπως το ηλιακό μας σύστημα.
Υβριδικός βρόχος ανατροφοδότησης
Για τον εντοπισμό αυτών των μοτίβων, οι ερευνητές εφάρμοσαν ένα σύστημα υβριδικού ελέγχου ανατροφοδότησης, συνδέοντας έναν κβαντικό επεξεργαστή 24 Qubits με έναν κλασικό υπολογιστή. Η διαδικασία περιλαμβάνει τα εξής στάδια:
Προετοιμασία της κβαντικής κατάστασης στον επεξεργαστή και σύντομη χρονική εξέλιξη του συστήματος.
- Εκτέλεση απλών μετρήσεων στα επιμέρους Qubits.
- Επεξεργασία των δεδομένων από τον κλασικό υπολογιστή με τη χρήση δικτύων τανυστών (tensor networks) για την εύρεση μιας απλοποιημένης προσεγγιστικής κατάστασης.
- Επανατροφοδότηση της νέας κατάστασης στον κβαντικό επεξεργαστή για τον επόμενο κύκλο.
- Μετά από διαδοχικούς γύρους, ο βρόχος ανατροφοδότησης οδήγησε το σύστημα από μια ακανόνιστη κίνηση σε μια σταθερή, επαναλαμβανόμενη τροχιά.
Σημασία για τους κβαντικούς επεξεργαστές
Το κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι απαιτεί μόνο σύντομους χρόνους κβαντικής εξέλιξης, καθιστώντας την εφαρμόσιμη στις σημερινές συσκευές που επηρεάζονται από τον θόρυβο. Η ανακάλυψη αυτή αναδεικνύει τους κβαντικούς επεξεργαστές σε εργαλεία επιστημονικής ανακάλυψης, προσφέροντας παράλληλα νέους τρόπους για τη διατήρηση της κβαντικής πληροφορίας για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα.
