Quantum replicanten van responsieve systemen kunnen efficiënter zijn dan klassieke modellen, zeggen onderzoekers van het Center for Quantum Technologies in Singapore, omdat klassieke modellen meer informatie uit het verleden moeten opslaan dan nodig is om de toekomst te simuleren. Ze hebben hun bevindingen gepubliceerd in npj Quantum-informatie .

Het woord 'repliceren' roept gedachten op aan een sci-fi-wereld waar de samenleving gewone wezens heeft vervangen door kunstmatige machines die hun gedrag nabootsen. Nu hebben onderzoekers uit Singapore aangetoond dat als dergelijke machines ooit worden gemaakt, ze zullen efficiënter werken als ze de kwantumtheorie gebruiken om op de omgeving te reageren.

Dit volgt op de bevindingen van een team van het Center for Quantum Technologies (CQT), gepubliceerd op 10 februari in npj Quantum-informatie . Het team onderzocht 'input-outputprocessen', het beoordelen van het wiskundige raamwerk dat wordt gebruikt om willekeurige apparaten te beschrijven die toekomstige beslissingen nemen op basis van stimuli die uit de omgeving worden ontvangen. In bijna alle gevallen is ze vonden, een kwantumapparaat is efficiënter omdat klassieke apparaten meer informatie uit het verleden moeten opslaan dan nodig is om de toekomst te simuleren.

"De reden blijkt het ontbreken van een definitieve realiteit in de kwantumtheorie te zijn, " zegt co-auteur Mile Gu, een assistent-professor aan de Nanyang Technological University, Singapore, die is aangesloten bij CQT. "De kwantummechanica heeft deze beroemde eigenschap waarbij sommige eigenschappen van kwantumdeeltjes niet alleen onbekend zijn voordat ze worden gemeten, maar bestaan ​​in wezen niet in een definitieve staat voorafgaand aan de meting, " zegt hij. De fysica specificeert alleen de kansen dat het systeem instort tot elke mogelijke waarde zodra de meting is uitgevoerd. Dat laat het kwantumsysteem, in zekere zin, doe meer met minder.

Co-auteur Jayne Thompson, een onderzoeker bij CQT, legt verder uit:"Klassieke systemen hebben altijd een definitieve realiteit. Ze moeten voldoende informatie behouden om correct te reageren op elke mogelijke toekomstige stimulus. Door een kwantumapparaat zo te ontwerpen dat verschillende inputs als verschillende kwantummetingen zijn, we kunnen hetzelfde gedrag repliceren zonder een volledige beschrijving te bewaren van hoe we op elke individuele vraag moeten reageren." Andrew Garner, een andere onderzoeker bij CQT, en Vlatko Vedral, een hoofdonderzoeker bij CQT en professor aan de Universiteit van Oxford, heeft ook meegewerkt aan de krant.

De bevindingen bevorderen eerder werk. In 2012, Vedra, Gu en anderen bewezen een soortgelijk resultaat voor een andere klasse van problemen die bekend staan ​​als stochastische processen. Dit zijn systemen die een dynamiek hebben die onafhankelijk is van externe prikkels. Dat resultaat is zojuist experimenteel getest door medewerkers van de Griffith University in Australië. Ze bouwden een levensechte kwantumsimulator van een stochastisch proces [ wetenschappelijke vooruitgang 3, e1601302 (2017)].

Dit proof-of-principle-experiment gebruikte slechts twee lichtdeeltjes. De eerste simulaties van input-outputprocessen zullen waarschijnlijk ook kleinschalig zijn, maar Gu hoopt uiteindelijk te zien dat kwantumtechnologieën simuleren hoe complexe systemen zullen reageren en evolueren in echte situaties.

"Input-outputprocessen zijn alomtegenwoordig van aard, ", zegt Vedral. "Elke entiteit is in wezen een input-outputproces, van neurale netwerken die input uit het verleden verwerken om toekomstige beslissingen te nemen, tot zaden die bepalen wanneer ze moeten ontkiemen op basis van externe prikkels, " hij zegt.

"Mensen zijn al lang gefascineerd door het idee om de natuur na te bootsen door middel van machines, van Leonardo da Vinci's beroemde mechanische ridder tot speculatieve fictie van toekomstige androïden zoals Philip K. Dick's 'Do Androids Dream of Electric Sheep' dat de inspiratie vormde voor de Blade Runner-film, " zegt Gu. "Misschien zullen in de toekomst androïden ontwikkeld door een geavanceerde beschaving die geobsedeerd is door efficiëntie, zal in plaats daarvan dromen van kwantumschapen."