Als het gaat om het bestuderen van transportsystemen, aandelenmarkten en het weer, kwantummechanica is waarschijnlijk het laatste dat in je opkomt. Echter, wetenschappers van de Australische Griffith University en de Nanyang Technological University in Singapore hebben zojuist een 'proof of principle'-experiment uitgevoerd dat aantoont dat kwantummechanica een onverwacht voordeel kan bieden als het gaat om het simuleren van dergelijke complexe processen in de macroscopische wereld.

Professor Geoff Pryde van Griffith, die het project leidde, zegt dat dergelijke processen kunnen worden gesimuleerd met behulp van een "quantum harde schijf", veel kleiner dan het geheugen dat nodig is voor conventionele simulaties.

"Stephen Hawking heeft ooit gezegd dat de 21e eeuw de 'eeuw van complexiteit' is, zoals veel van de meest urgente problemen van vandaag, zoals het begrijpen van klimaatverandering of het ontwerpen van transportsystemen, omvatten enorme netwerken van op elkaar inwerkende componenten, " hij zegt.

"Hun simulatie is dus enorm uitdagend, opslag van ongekende hoeveelheden gegevens vereist. Wat onze experimenten aantonen, is dat een oplossing afkomstig kan zijn van de kwantumtheorie, door deze gegevens te coderen in een kwantumsysteem, zoals de kwantumtoestanden van licht."

Einstein zei ooit:"God dobbelt niet met het universum, " zijn minachting uiten met het idee dat kwantumdeeltjes intrinsieke willekeur bevatten.

"Maar theoretische studies hebben aangetoond dat deze intrinsieke willekeur precies het juiste ingrediënt is dat nodig is om de geheugenkosten te verlagen voor het modelleren van gedeeltelijk willekeurige statistieken, " zegt Dr Mile Gu, een lid van het team dat de oorspronkelijke theorie heeft ontwikkeld.

In tegenstelling tot het gebruikelijke binaire opslagsysteem - de nullen en enen van bits - kunnen quantumbits tegelijkertijd 0 en 1 zijn een fenomeen dat bekend staat als kwantumsuperpositie.

De onderzoekers, in hun paper gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , zeggen dat deze vrijheid kwantumcomputers in staat stelt om veel verschillende toestanden van het gesimuleerde systeem op te slaan in verschillende superposities, met minder geheugen in het algemeen dan in een klassieke computer.

Het team bouwde een proof-of-principle-kwantumsimulator met behulp van een foton - een enkel lichtdeeltje - dat in wisselwerking staat met een ander foton.

Ze maten de geheugenvereisten van deze simulator, en vergeleek het met de fundamentele geheugenvereisten van een klassieke simulator, wanneer gebruikt om gespecificeerde gedeeltelijk willekeurige processen te simuleren.

De gegevens toonden aan dat het kwantumsysteem de taak kon voltooien met veel minder opgeslagen informatie dan de klassieke computer - een factor 20 verbeteringen op het beste punt.

"Hoewel het systeem erg klein was - zelfs de gewone simulatie vereiste slechts een enkel bit geheugen - bewees het dat kwantumvoordelen kunnen worden bereikt, ' zegt Pride.

"Theoretisch, ook voor veel complexere simulaties kunnen grote verbeteringen worden gerealiseerd, en een van de doelen van dit onderzoeksprogramma is om de demonstraties vooruit te helpen naar meer complexe problemen."