Квантовите компютри се считат за устройства на бъдещето, способни да решават проблеми, които биха отнели хилядолетия на класическите компютри. Те използват кюбитове, които едновременно съществуват в множество състояния, благодарение на суперпозиция и заплитане, което им позволява да обработват огромен брой варианти едновременно и да произвеждат резултати с висока скорост. Учени от Калифорнийския технологичен институт (Caltech), ръководени от Томас Шустер, обаче са открили проблем, с който дори квантовите компютри не могат да се справят ефективно: определяне на фазите на материята от неизвестни квантови състояния.
В конвенционалната физика разграничаването между течности и газове е просто, но в квантовия свят ситуацията е по-сложна. Квантовите фази на материята възникват при абсолютната нула и поведението им се определя изцяло от законите на квантовата механика и нейните флуктуации. Съществуват различни видове фази, включително топологични и небалансирани (неравновесни), всяка с уникални свойства.
Изследователите подчертават, че откриването и разбирането на такива фази е важно не само за фундаменталната физика, но и за разработването на квантови технологии от следващо поколение.
Някои фази, като например топологичния ред, са изключително трудни за идентифициране дори с квантови компютри. Трудността се увеличава с корелационната дължина на системата, ξ, която измерва разстоянието, на което свойствата на един елемент от системата влияят върху други.
Документът показва, че с увеличаване на ξ времето за изчисление се увеличава експоненциално. Ако ξ се увеличава по-бързо от логаритъма на размера на системата, проблемът става суперполиномиален, което означава, че е практически нерешим за разумно време. Това подчертава фундаменталните ограничения на квантовите компютри при анализа на сложни квантови фази.
Шустер и неговият екип също така отбелязват, че за някои класически и квантови състояния фазата на материята е формално дефинирана, но никой квантов експеримент не може ефективно да я открие. Това подчертава присъщите ограничения при разпознаването на определени сложни фази.
Изследването подчертава, че ключови физични свойства – като еволюционно време, фази на материята и причинно-следствена структура – може да са твърде сложни за измерване със стандартни квантови експерименти.
В бъдеще учените планират да определят кои свойства правят разпознаването на фази по-практично и да разработят подходи за по-ефективен анализ на реални квантови системи.
