Zamiast tego wykorzystali zwykłe, jasne światło laserowe i za pomocą odpowiednich pomiarów wydobyli z niego użyteczne zachowania kwantowe. Stworzyli wielofotonowy rezerwuar kwantowy. Jest to układ, który wykorzystuje naturalną złożoność fizycznego systemu do przetwarzania informacji. W eksperymencie światło przechodziło przez sieć optyczną, a następnie podlegało analizie za pomocą detektorów zdolnych określać liczbę docierających fotonów. W ten sposób naukowcy mogli wybierać określone zdarzenia, na przykład takie, w których do detektora docierała konkretna liczba fotonów.
Czytaj też: Komputer kwantowy zrobił coś, czego świat jeszcze nie widział. Historia tego twierdzenia sięga 1978 roku
Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że jasne światło lasera nie ma wiele wspólnego z delikatnymi stanami wykorzystywanymi w komputerach kwantowych. Klucz tkwi jednak w sposobie jego pomiaru. Liczba fotonów rejestrowanych podczas kolejnych pomiarów naturalnie się zmienia, a te fluktuacje można potraktować jako źródło informacji. Naukowcy połączyli trzy właściwości światła: jego polaryzację, strukturę przestrzenną oraz liczbę fotonów. Powstała w ten sposób ogromna przestrzeń możliwych stanów, którą można wykorzystać do obliczeń.
W przeprowadzonym eksperymencie rezerwuar dostarczał 861 mierzalnych komponentów. Nie oznacza to jednak, że urządzenie było klasycznym komputerem z setkami osobnych procesorów. Chodzi o liczbę różnych cech i stanów światła, które można było jednocześnie wykorzystać podczas przetwarzania informacji. Co więcej, układ pozwalał badać układy obejmujące nawet 40 fotonów.
Naukowcy najpierw sprawdzili, czy ich urządzenie rzeczywiście potrafi odtwarzać złożone zjawiska kwantowe. Jednym z testów był tzw. kwantowy spacer losowy. W klasycznym odpowiedniku obiekt wykonuje serię przypadkowych ruchów, natomiast w wersji kwantowej wynik zależy od superpozycji możliwych ścieżek. Pomimo obecności szumu w układzie pomiary liczby fotonów pozwoliły odtworzyć charakterystyczne rozprzestrzenianie się takiego procesu.
Badacze zaobserwowali również zjawiska związane z ewolucją układów wielu cząstek, w tym termalizację i antytermalizację. Są to procesy opisujące sposób, w jaki zmieniają się fluktuacje w złożonych układach fizycznych. Eksperyment pokazał więc, że ta sama platforma może służyć z jednej strony jako urządzenie obliczeniowe, a z drugiej – jako narzędzie do symulowania dynamiki układów kwantowych.
Najciekawszy test polegał jednak na sprawdzeniu, czy układ potrafi się czegoś nauczyć. Naukowcy pozostawili sieć optyczną w jednej, losowo wybranej konfiguracji. Informacje wejściowe kodowali natomiast za pomocą polaryzacji światła. Następnie trenowali już tylko końcowy element odczytujący dane z rezerwuaru. Okazało się, iż urządzenie było w stanie nauczyć się sześciu różnych funkcji matematycznych bez konieczności przebudowywania samej sieci optycznej.
W przypadku najbardziej nieliniowych zadań dokładniejsze wyniki pojawiały się wtedy, gdy w grę wchodził pełny rozkład liczby fotonów. Sugeruje to, że korelacje występujące pomiędzy większą liczbą fotonów mogą być cennym zasobem obliczeniowym. W praktyce oznacza to, że systemu nie trzeba programować poprzez kontrolowanie każdego pojedynczego procesu zachodzącego wewnątrz układu. Duże znaczenie ma również fakt, że eksperyment odbywał się w temperaturze pokojowej i był odporny na znaczną część szumu oraz strat. To odróżnia go od wielu klasycznych platform kwantowych, które wymagają bardzo starannie izolowanych warunków.
Źródło: Advanced Science
