Квантовых компов нет, а парадоксов в них - уже дофига. Не парадокс ли? :)

КВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ
«Парадоксальный» квантовый компьютер

«Квантовая физика наносит новый удар по «здравому смыслу»: оказывается, можно получить результат расчета по квантовому алгоритму, не запуская этот алгоритм. Единственным утешением обычному сознанию является то, что компьютер должен быть все-таки включен». Это буквальный перевод вступления к заметке Dowling'a в журнале Nature [1], назначение которой в том, чтобы привлечь внимание читателей к статье Hosten'a et al. [2], посвященной необычной конструкции оптического квантового компьютера, реализованной к тому же в эксперименте.


Рис. 1. Парадокс «бомбы и фотона».

Прежде чем рассмотреть конструкцию компьютера, вспомним один парадокс, на основе которого работает этот компьютер. В начале 90-х годов израильские физики Elitzur и Vaidman сформулировали следующий парадокс. На рис. 1 представлен интерферометр. Одиночный фотон входит в точке А и в равной степени расходится по двум плечам интерферометра С и В. Детектор D1 регистрирует конструктивную интерференцию между двумя путями прохождения, он может сработать, когда фотон пройдет по какому-то одному плечу или по обоим вместе. Детектор D2 регистрирует деструктивную интерференцию, он может сработать, если фотон пройдет только по одному плечу. Для остроты ощущений в плечо В помещается бомба (в общем случае просто поглотитель фотона), которая запускается в результате поглощения фотона. Возможны три исхода: 1) ни один из детекторов не сработал, это означает, что фотон был поглощен бомбой, и она взорвалась; 2) сработал детектор D1, этот случай не дает никакой информации о наличии бомбы; 3) сработал детектор D2, этот случай означает, что фотон прошел по пути С, а в плече В находится бомба. Парадокс состоит в том, что фотон несет информацию о наличии бомбы, даже если проходит другим путем. В классической физике это совершенно невозможно. В квантовой физике этот парадокс объясняется дуализмом волна-частица и процедурой квантовых измерений. До измерения состояния фотона он находился одновременно в обоих плечах, в результате измерения произошел коллапс его состояния в детекторе D2. И все-таки удивительно, что это его состояние несет информацию о присутствии поглотителя (бомбы) в плече В.

Ученые из Univ. Illinois at Urbana-Champaign (O.Hosten et al.) вместо классического объекта поместили в плечо интерферометра квантовую систему, которая реализует алгоритм Гровера поиска в несортированной базе данных (рис. 2).


Рис. 2. Интерферометр с блоком алгоритма Гровера поиска в базе данных.



В эксперименте это тоже была оптическая система. Вся конструкция основана только на линейных оптических элементах: делителях (BS), поляризационных делителях (PBS) и зеркалах (Mirror). ПерсТ уже сообщал, что вместо нелинейных элементов, осуществляющих взаимодействие фотонов, можно использовать процедуры измерения состояния фотонов, которые ввиду неразличимости фотонов приводят к их эффективному взаимодействию. В данном случае устройство алгоритма Гровера не играет роли, важно только, что результат его работы кодируется на пролетающем через него фотоне. Исходный фотон имеет горизонтальную поляризацию (Н). Алгоритм Гровера осуществляет выборку из четырех элементов:

если это 1-й элемент, то фотон не трогается и летит по тому же пути «а»;

если это 2-й элемент, то у фотона изменяется поляризация на вертикальную (V);

если 3-й – фотон направляется по другому пути «b»;

если 4-й – у фотона изменяется поляризация на вертикальную и он направляется по пути «b».

Два плеча интерферометра авторы называют On и Off, имея в виду, что в первом случае фотон проходит через алгоритм Гровера, а во втором – нет. Тогда состояние фотона в обоих плечах интерферометра может рассматриваться как кубит-переключатель. Одно его базовое состояние |Off> означает выключенный алгоритм, а |On> - включенный. Поскольку это настоящий кубит, он может находиться в состоянии суперпозиции. Так, на входе в систему исходное состояние кубита |Off> с помощью делителя переводится в состояние (|Off> + |On>)/21/2.

Для улучшения работы компьютера авторы используют особые процедуры, основанные на квантовом эффекте Зенона, при котором состояние системы стабилизируется в результате многократных измерений. Об этом можно прочитать в статье [2]. Здесь же мы только обратим внимание на парадоксальный факт: некоторую информацию о работе алгоритма Гровера можно получить, даже если использовать только выходное состояние фотона |Off>. Это формально означает, что алгоритм Гровера не был включен!

В.Вьюрков

1. Nature 2006, 329, 919
2. Nature 2006, 329, 949


upd: Не могу добиться, чтобы рисунки сидели в тексте, как у людей положено. Вот ссылки на них:
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/06_5_8.gif
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/06_5_9.gif


Исходный материал:
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/perst.htm#I_06_5_10

Что-то я не вижу никакого парадокса. Ну и что что он прошёл по одному плечу, где ГАРАНТИЯ что в другом плече бомба/квантовый алгоритм? А если я незаметно для экпериментаторов уберу бомбу?

Это то же самое как если бы я заранее зная результаты моего алгоритма (скажем "прямо" и "криво"), пулялся бы статистической суперпозицией "прямо-криво" в два компа в одном из котором есть мой алоритм, а в другом - нет. Ну и что что иногда получается "прямо"? ???

Что-то я не вижу никакого парадокса. Ну и что что он прошёл по одному плечу, где ГАРАНТИЯ что в другом плече бомба/квантовый алгоритм? А если я незаметно для экпериментаторов уберу бомбу?

Это то же самое как если бы я заранее зная результаты моего алгоритма (скажем "прямо" и "криво"), пулялся бы статистической суперпозицией "прямо-криво" в два компа в одном из котором есть мой алоритм, а в другом - нет. Ну и что что иногда получается "прямо"? ???

 

Так ведь в том-то и суть схемы, что если бомбы/алгоритма НЕТ, то фотон идет по двум плечам и интерферирует совершенно иначе, в результате чего попадает в другой детектор.

Знание экспериментаторов тут не причем, суть - в "знаниях" самого фотона.

Так ведь в том-то и суть схемы, что если бомбы/алгоритма НЕТ, то фотон идет по двум плечам и интерферирует совершенно иначе, в результате чего попадает в другой детектор.

Знание экспериментаторов тут не причем, суть - в "знаниях" самого фотона.

 

Татарин, вот ведь фраза

Парадокс состоит в том, что фотон несет информацию о наличии бомбы, даже если проходит другим путем.

 

Там ведь написано - есть три варианта - положительная интерференция, поглощение бомбой, и отрицательная интерференция. Заявляется, что если происходит последнее, то фотон знает о бомбе даже не поглощаясь. (перечитайте). Ясно же почему копенгагены говорят так - и их т.з. фотон есть везде, даже у бомбы. Отсюда и парадокс. Но это лишь парадокс из-за определённой интерпретации кв. мех. Если принять другую (напр. Бома), то никакого парадокса нет.

Что-то я не понимаю. Разве существует устройство, способное разделить для единичного фотона конструктивную и деструктивную интеференцию и вообще точно определить, что интерференция есть? Уж больно на демона Максвелла смахивает...