Екип изследователи от Великобритания и Русия демонстрира успешно, че комбинацията от светлина и материя, наречена „вълшебен прах“ може да се използва за решаване на сложни проблеми и в крайна сметка да надмине способностите на най-мощните суперкомпютри.

Учените използвали квантови частици, познати като поляритони – те представляват наполовина светлина, наполовина материя и действат като пътеводна светлина, сочейки пътя към най-простото решение на сложен проблем. Този съвършено нов дизайн може да залегне в основата на нов вид компютри, способни да решават неразрешими за момента проблеми, в разнообразни сфери като биология, финанси и космически пътешествия.

Технологичният ни прогрес – от моделиране прегъването на протеините и поведението на финансовите пазари до разработването на нови материали и изпращането на изцяло автоматизирани мисии в отдалечения космос, зависят от способността ни да открием оптималното решение на математическата формулировка на даден проблем: абсолютния минимум стъпки, нужни за решаването на този проблем.

Търсенето на оптимално решение е аналогично на издирването на най-ниската точка в планински терен с множество долини и падини. Човек може да се спусне надолу по възвишението и да си мисли, че е достигнал най-ниската точка, но е възможно отвъд следващата планина да има по-голяма падина.

Съвременните суперкомпютри могат да се справят само с малко подмножество от подобни проблеми: при по-скромно измерение на минимизираната функция или когато структурата на проблема позволява намирането на оптимално решение бързо. Дори хипотетичния квантов компютър, ако някога стене факт, в най-добрия случай ще предложи квадратна скорост при търсенето на глобалния минимум.

Учените от Университетите в Кеймбридж, Саутхемптън, Кардиф и Сколково подходили към проблема от различен ъгъл: защо вместо да се придвижваме из терена в търсене на най-ниската точка не запълним района с вълшебен прах, който свети само на най-ниското ниво.

„Преди няколко години, нашето чисто теоретично предложение бе отхвърлено от три научни списания“, казва Наталия Берлоф от Кеймбриджкия университет. „Един от членовете на журите каза: кой би бил достатъчно луд, за да се опита да го направи?”. В крайна сметка предложението ни бе потвърдено с експериментални данни“

Поляритоните се създават чрез насочване на лазар към слоеве от специално подбрани атоми, тези на галия, арсена, индия и алуминия. Електроните в тези слоеве, поглъщат и отделят светлина с определен цвят. Поляритоните са 10 пъти по-леки от електроните и могат да осигурят нужната плътност за формиране на материя, позната като кондензат на Босе-Айнщайн, при което квантовите фази на поляритоните синхронизират и създават един отделен макроскопичен квантов обект, който може да бъде засечен чрез фотолуминесценционни измервания.

Следващия въпрос, който учените трябвало да решат, е как да създадат потенциална среда, кореспондираща с функцията, която трябва да бъде минимизирана и как да накарат поляритоните да кондензират в най-ниската и точка. За тази цел те се фокусирали върху минимизация на XY модела, който е един от най-фундаменталните модели в статистическата механика. Авторите демонстрирали, че е възможно да бъдат създадени поляритони по върховете на случайна графика: с кондензирането на поляритоните в квантовите им фази, те се подреждат в конфигурация, кореспондираща с абсолютния минимум на обективната функция.

В момента учените изпробват потенциала на графиките за разрешаване на сложни проблеми. Крайната им цел е създаване на квантов симулатор на микрочип, работещ при нормални условия.

Източник: phys.org