Новое исследование решило вопросы по физике, информатике и математике.
Мечты компьютерных ученых раскрыли силу квантовой механики.
Представьте себе встречу со всезнающими существами, которые утверждают, что имеют решение сложной проблемы, которую никогда не сможет решить ни один компьютер. Вы, вероятно, были бы в недоумении, чтобы проверить ответ. Но теперь компьютерные ученые сообщают, что квантовая механика предоставляет способ быстро проверить решения невероятно широкого класса проблем, включая те, которые невозможно решить в первую очередь.
Хотя результат не имеет очевидных практических применений, его теоретические последствия имели волновой эффект , отвечая на нерешенные вопросы в области физики и математики, сообщают ученые в статье, опубликованной 13 января на arXiv.org. «Это имеет очень много последствий для всех этих областей. Это огромная сделка, независимо от того, как вы на это смотрите », - говорит теоретик-компьютерщик Скотт Ааронсон из Техасского университета в Остине, который не участвовал в новом исследовании.
В информатике некоторые проблемы трудно решить, но есть решения, которые легко проверить. Таким образом, исследователи классифицируют вопросы в соответствии с тем, насколько трудно компьютерам проверять предполагаемые ответы.
Сам по себе компьютер может зайти только в проверке решений. Но у ученых есть несколько хитростей в рукавах. Они сочиняют сценарии, в которых «проверяющий» - компьютер или человек, который утверждает, что имеет решение проблемы - усыпан вопросами человеком, который пытается проверить решение, «проверяющим».
Представьте, например, что у вас есть друг, который утверждает, что вывел, как определить разницу между Pepsi и Coke, даже если вы не можете различить их. Чтобы подтвердить это утверждение, вы - проверяющий - могли бы приготовить чашку пепси или колы и спросить своего друга - проверяющего - на каком из них он находится. Если ваш друг последовательно дает правильный ответ на такие вопросы, вы будете убеждены, что проблема идентификации колы была решена.
Эта стратегия, известная как интерактивное доказательство, может раскрыть дополнительную информацию, которая позволит ученым-компьютерам находить решения проблем, которые слишком сложны для компьютера, чтобы убедить ученых самостоятельно. Еще более мощные интерактивные доказательства включают несколько пруверов. Этот сценарий похож на допрос в полиции двух подозреваемых, находящихся в отдельных комнатах, которые не могут согласовать свои ответы, чтобы обмануть следователя.
Класс проблем, которые могут быть проверены таким образом, «большой, но не до смешного большого», - говорит соавтор исследования Томас Видик, теоретик-компьютерщик в Калифорнийском технологическом институте. Чтобы проверить решения еще большего разнообразия проблем, ученые могут представить себе еще один поворот: испытатели разделяют квантовую связь, называемую запутанностью , которая заставляет два, казалось бы, независимых объекта вести себя взаимосвязанным образом ( SN: 4/25/18 ).
До сих пор не было известно, сколько проблем можно проверить с помощью квантовой запутанности. Новый результат показывает, что это «невероятно огромное количество проблем», говорит Ааронсон.
Эта огромная группа называется рекурсивно перечислимыми, или RE, проблемами. «В нем содержатся все проблемы, которые могут быть решены с помощью компьютеров, а затем и некоторые», - говорит соавтор Генри Юэн, ученый в Университете Торонто. «Это сумасшедшая вещь». Это «и то, и другое» действительно ошеломляет. Ни один компьютер не сможет решить эти проблемы напрямую, но если два запутанных всеведущих существа найдут решение, они смогут убедить вас, что это правильно. Конечно, применение техники проверки в реальном мире становится неправдоподобным из-за отсутствия всезнающих существ, чтобы предлагать ответы.
Результат суммируется в кратком равенстве MIP * = RE, где MIP * обозначает Multi-Prover Interactive Proof с квантовой запутанностью. Каждая проблема в RE также в MIP *, и наоборот.
По словам ученого-компьютерщика Лэнса Фортнау из Технологического института Иллинойса в Чикаго, хотя исследование еще не прошло рецензирование, оно воспринимается очень серьезно. «Могу поспорить, что это, вероятно, правильно ... Нет причин думать, что это неправильно.
В результате возникает тройная угроза: решены сразу три проблемы. В дополнение к раскрытию того, что MIP * равняется RE, он одновременно ответил на два других открытых вопроса, один по физике и один по математике. Первая - это головоломка квантовой физики, называемая проблемой Цирельсона, которая спрашивает, могут ли типы квантовых корреляций, которые могут быть получены с использованием бесконечной степени запутанности, быть аппроксимированы очень большой, но конечной величиной запутанности. Ответ, как показывает исследование, - нет: иногда вы даже не можете приблизиться к воспроизведению бесконечной запутанности с конечной запутанностью.
В математике исследование обосновывает гипотезу вложения Конна, давнюю идею, математически эквивалентную проблеме Цирельсона. Это также касается вопроса о том, может ли конечное приближение обязательно повторять нечто действительно бесконечное. Опять же, ответ - нет.
«Это невероятное достижение; это действительно здорово », - говорит математик Уильям Слофстра из Университета Ватерлоо в Канаде. «Это исполнение того, чего мы давно хотели».
Понравилась статья?! Подпишись и поставь лайк, помоги развитию канала. Всем желаю удачи и успехов.