Als Mile Gu zijn nieuwe computer opstart, kan hij de toekomst zien. Minstens 16 mogelijke versies ervan - allemaal tegelijk.
Gu, een assistent-professor in de natuurkunde aan de Nanyang Technological University in Singapore, werkt in quantum computing. Deze tak van wetenschap gebruikt de rare wetten die de kleinste deeltjes van het universum beheersen om computers te helpen efficiënter te rekenen.
In tegenstelling tot klassieke computers, die informatie opslaan als bits (binaire cijfers van 0 of 1), coderen quantumcomputers informatie in quantumbits of qubits. Deze subatomaire deeltjes kunnen dankzij de rare wetten van de kwantummechanica bestaan in een superpositie van twee verschillende toestanden tegelijk.
Net zoals de hypothetische kat van Schrödinger tegelijkertijd dood en levend was totdat iemand de doos opende, kan een qubit in een superpositie zowel 0 als 1 zijn totdat hij wordt gemeten. Het opslaan van meerdere verschillende resultaten in een enkele qubit kan een hoop geheugen besparen in vergelijking met traditionele computers, vooral als het gaat om het maken van gecompliceerde voorspellingen.
In een studie die op 9 april in het tijdschrift Nature Communications werd gepubliceerd, demonstreerden Gu en zijn collega's dit idee met behulp van een nieuwe kwantumsimulator die de resultaten van 16 verschillende toekomsten kan voorspellen (het equivalent van bijvoorbeeld vier keer een munt opgooien) in een kwantumsuperpositie. Deze mogelijke toekomsten werden gecodeerd in een enkel foton (een kwantumdeeltje van licht) dat tegelijkertijd meerdere paden bewoog terwijl het door verschillende sensoren ging. Vervolgens gingen de onderzoekers een stap verder, waarbij ze twee fotonen naast elkaar afvuurden en volgden hoe de potentiële toekomsten van elk foton uiteenliepen onder enigszins verschillende omstandigheden.
"Het lijkt een beetje op Doctor Strange in de film 'Avengers: Infinity War'," vertelde Gu aan WordsSideKick.com. Voor een climaxstrijd in die film, kijkt de helderziende dokter op tijd uit naar 14 miljoen verschillende toekomsten, in de hoop die te vinden waarin de helden de grote slechterik verslaan. 'Hij maakt een gecombineerde berekening van al deze mogelijkheden om te zeggen:' Oké, als ik mijn beslissing op deze kleine manier verander, hoeveel zal de toekomst dan veranderen? ' Dit is de richting waarin onze simulatie zich beweegt. "
Een kwantummunt omdraaien
De onderzoekers testten hun quantumvoorspellingsmachine met behulp van een klassiek model, de verstoorde munt.
'Stel je voor dat er een doos is en daarin een enkele munt,' zei Gu. 'Bij elke stap van het proces schudt iemand de doos een beetje, zodat de kans klein is dat de munt omdraait.'
In tegenstelling tot een traditionele toss, waarbij de uitkomst altijd een gelijke kans heeft om kop of munt te zijn, hangt de uitkomst van elke verstoorde toss af van de staat waarin de munt zich bevond tijdens de vorige stap. Als de munt bijvoorbeeld tijdens de derde shake van de doos van kop naar staart zou gaan, zou de vierde shake waarschijnlijk de staart blijven.
De onderzoekers voerden twee verschillende versies van het muntexperiment uit, één waarbij de doos wat sterker werd geschud en een andere met zwakkere bewegingen. Bij elk experiment werd de doos vier keer geschud, wat 16 mogelijke combinaties van kop en munt opleverde. Na de vierde stap codeerde het team de superpositie van alle 16 resultaten in een enkel foton, waarbij tegelijkertijd de waarschijnlijkheid van elke mogelijke uitkomst werd getoond op basis van de kracht waarmee de doos werd geschud.
Ten slotte combineerde het team de superposities van de sterk geschudde munt en de zwak geschudde munt tot één hoofdkaart van mogelijke toekomsten.
'Dit liet ons zien hoe snel de toekomsten uiteenliepen, afhankelijk van hoe hard ik de doos bij elke stap schudde', zei Gu.
Vanwege de beperkte rekenkracht kan de teamsimulator op dit moment slechts 16 mogelijke toekomsten tegelijk bekijken. Op een dag echter, naarmate kwantumcomputers groter, krachtiger en alledaags worden, kunnen simulators zoals deze worden uitgebreid om oneindig veel toekomsten tegelijk te zien, zei Gu. Dit kan helpen bij zaken als weersvoorspelling of beter geïnformeerde investeringen in de aandelenmarkt. Het kan zelfs helpen bij het verbeteren van machine learning, waarbij alles draait om kunstmatige intelligentie die zichzelf leert om steeds betere voorspellingen te doen.
Dit is allemaal "zeer verkennend", voegde Gu toe, en er zal nog veel verder moeten worden geëxperimenteerd om alle toepassingen van de kwantumsimulator te achterhalen. Helaas is de toekomst van deze helderziende computer een toekomst die een mysterie blijft.
