Informatie en zwaartekracht lijken misschien totaal verschillende dingen, maar één ding hebben ze gemeen:ze kunnen allebei worden beschreven in het kader van de geometrie. Voortbouwend op deze verbinding, een nieuw artikel suggereert dat de regels voor optimale kwantumberekening worden bepaald door de zwaartekracht.

Natuurkundigen Paweł Caputa aan de Universiteit van Kyoto en Javier Magan aan het Instituto Balseiro, Centro Atómico de Bariloche in Argentinië heeft hun paper over het verband tussen quantum computing en zwaartekracht gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

Op het gebied van computationele complexiteit, een van de belangrijkste ideeën is het minimaliseren van de kosten (in termen van rekenkracht) om een ​​probleem op te lossen. In 2006, Michael Nielsen toonde aan dat, wanneer bekeken in de context van differentiële meetkunde, rekenkosten kunnen worden geschat op afstand. Dit betekent dat het minimaliseren van rekenkosten gelijk staat aan het vinden van minimale "geodeten, " wat de kortst mogelijke afstanden zijn tussen twee punten op een gekromd oppervlak.

Aangezien dit geometrische perspectief erg lijkt op de concepten die worden gebruikt om de zwaartekracht te beschrijven, De resultaten van Nielsen hebben ertoe geleid dat onderzoekers mogelijke verbanden tussen computationele complexiteit en zwaartekracht hebben onderzocht. Maar het werk is uitdagend, en onderzoekers proberen nog steeds basisvragen te achterhalen, zoals hoe "complexiteit" te definiëren in holografische modellen met betrekking tot kwantumzwaartekracht, vooral, conforme veldentheorie. Momenteel zijn er veel verschillende voorstellen om de basis op dit gebied te leggen.

Het belangrijkste doel van het nieuwe artikel is om deze verschillende ideeën samen te brengen door een universele beschrijving van complexiteit voor te stellen die slechts afhangt van een enkele grootheid (centrale lading). Dit leidt tot het ontdekken van verbanden tussen complexiteit en concepten in (kwantum)zwaartekracht die, beurtelings, leidt tot interessante implicaties, zoals de mogelijkheid dat zwaartekracht de regels bepaalt voor optimale kwantumberekening.

"Onlangs, kwantumberekeningstheoretici (waaronder Nielsen) brachten het idee naar voren dat de complexiteit van kwantumcircuits kan worden geschat door de lengte van de kortste geodeet in de 'complexiteitsgeometrie van unitaire transformaties, '" vertelde Caputa aan Phys.org . “Dat hebben we laten zien, in tweedimensionale conforme veldtheorieën met kwantumpoorten gegeven door de energie-impulstensor, de 'lengte' van dergelijke geodeten wordt berekend door (de werking van) tweedimensionale zwaartekracht.

"Het vinden van de minimale lengte op de complexiteitsgeometrie, in onze opstelling, is gelijk aan het oplossen van de zwaartekrachtsvergelijkingen. Dit is wat we bedoelden met regels voor het instellen van zwaartekracht voor optimale berekeningen in 2-D conforme veldtheorieën."

Dit perspectief suggereert dat zwaartekracht nuttig kan zijn bij het inschatten van de complexiteit van de computer en het identificeren van de meest efficiënte rekenmethoden voor het oplossen van problemen.

"Het begrip complexiteit van een bepaalde taak vertelt ons hoe moeilijk het is om het uit te voeren met onze beschikbare tools, "Zei Magan. "In de kwantumtheorie van berekeningen, dit idee wordt gegeneraliseerd naar de complexiteit van kwantumcircuits die zijn opgebouwd uit kwantumpoorten. Het inschatten ervan is over het algemeen een moeilijk probleem.

"We hebben aangetoond dat er families van kwantumsystemen zijn waar de complexiteit van bepaalde universele taken goed wordt geschat met behulp van klassieke zwaartekracht (algemene relativiteit). In de loop der jaren, gebruikmakend van holografie en Anti-de Sitter/conforme veldtheorieën, we hebben geleerd dat zwaartekracht nauw verbonden is met kwantuminformatie. De les van onze bevindingen is dat de zwaartekracht ons ook kan leren hoe we kwantumberekeningen in fysieke systemen op de meest efficiënte manier kunnen uitvoeren."

© 2019 Wetenschap X Netwerk