L'apprentissage automatique a aidé à montrer comment l'exploitation des effets étranges de la relativité spéciale d'Einstein pourrait permettre un nouveau type d'ordinateur quantique – et cela pourrait également conduire à de nouvelles informations sur le domaine quantique
Les effets impairs de la relativité spéciale peuvent être exploités pour construire des ordinateurs quantiques
La relativité spéciale pourrait être exploitée pour construire un nouvel ordinateur quantique, et la créer de cette façon pourrait nous permettre d'utiliser l'apprentissage automatique pour approfondir notre compréhension du domaine quantique.
La théorie de la relativité spéciale d'Albert Einstein décrit comment se déplacer près de la vitesse de la lumière affecterait l'expérience des voyageurs de l'espace et du temps. Ces idées ne nous donnent pas simplement des expériences de réflexion; Ils sont cruciaux pour les technologies telles que la communication par satellite et le GPS.
Maintenant, T. Rick Perche à l'Institut Perimètre pour la physique théorique au Canada et ses collègues disent que de tels effets relativistes pourraient aider à développer un type particulier d'ordinateur quantique. Et ils ont construit le modèle mathématique le plus complet et le plus détaillé à ce jour pour en construire un.
Auparavant, les chercheurs ont exploré comment certaines opérations informatiques quantiques pourraient résulter des effets relativistes. Par exemple, deux bits quantiques, ou qubits, peuvent être connectés par enchevêtrement quantique lorsqu'ils se déplacent les uns sur les autres extrêmement rapidement. Mais jusqu'à présent, il n'y avait pas de «recette» pour combiner toutes ces opérations dans un modèle mathématique complet d'un ordinateur.
«C'était comme s'ils disaient:« Hé, nous avons la farine, nous avons l'eau, nous avons la levure, il est clairement possible de faire du pain. Et nous avons vraiment détaillé la quantité de levure, la quantité de farine, quelle est l'ordre, la quantité d'eau », explique Perche.
Lui et ses collègues se sont tournés vers les mathématiques de la théorie relative de l'information quantique relativiste, qui explique comment le mouvement et les interactions ultra-rapides peuvent modifier les informations codées dans les qubits. Il prend également en compte les effets des interactions entre les qubits et les champs quantiques qui imprègnent tout l'espace.
Les chercheurs ont également utilisé l'apprentissage automatique et ont écrit eux-mêmes de courts programmes informatiques quantiques. Ensuite, ils ont utilisé un algorithme pour trouver comment les qubits de l'ordinateur quantique devraient se déplacer pour exécuter ces programmes.
Les chercheurs ont testé leur méthode en déterminant comment leur ordinateur quantique relativiste pourrait exécuter l'algorithme de transformation quantique Fourier. Il s'agit d'un programme relativement simple mais omniprésent que tous les chercheurs en informatique quantique trouveraient utiles, explique Philip Lemaitre à l'Université d'Innsbruck en Autriche, qui a travaillé sur le projet. Par exemple, il fait partie de l'algorithme de Shor, un programme quantique avec le potentiel de cryption de fissure en tirant un grand nombre de nombres.
Eduardo Martin-Martinez à l'Université de Waterloo au Canada, qui ne faisait pas partie de l'équipe, dit que le nouveau travail est un bond en avant pour les ordinateurs quantiques basés sur la relativité. «Les auteurs démontrent soigneusement et systématiquement qu'un tel schéma est en effet viable», dit-il.
Des études antérieures ont suggéré que certaines versions d'ordinateurs quantiques relativistes pourraient en fait être construites avec des qubits fabriqués à partir de minuscules circuits supraconducteurs. Lemaitre dit que le plan de son équipe n'est pas nécessairement incompatible avec la façon dont les ordinateurs quantiques sont construits aujourd'hui – mais il y a des années de détails théoriques et d'ingénierie qui devraient être calculés avant qu'un ordinateur quantique relativiste puisse être fait.
Même avant cela, Martin-Martinez affirme que le modèle pourrait conduire à de nouvelles compréhensions des champs de traitement de l'information quantique et quantique – et offrir un moyen profond de relier les deux.
Parce que l'apprentissage automatique fait déjà partie de leur approche, les chercheurs veulent explorer comment il pourrait être utilisé pour apprendre de nouvelles propriétés des champs quantiques ou peut-être même découvrir de nouvelles lois de la physique que ces champs doivent suivre.
