Matematyka na rzecz lepszej kontroli kwantowej

Systemy kwantowe opracowywane są do wielu zastosowań, włączając pomiary i kontrolę o dużej precyzji, obliczanie i generowanie światła. Naukowcy finansowani ze środków UE, pracujący nad projektem "Quantum control and error correction with discrete and continuous variables" (QCEC), przystąpili do tworzenia nowatorskich metod zgodnych ze światem kwantowym.

Wyniki projektu QCEC są nie bez znaczenia dla podstaw teorii kwantowej, przetwarzania informacji kwantowych i fundamentalnego problemu ujednolicenia teorii kwantowej z ogólną teorią względności. Przede wszystkim zbadano przyczynowość, jedną z najbardziej fundamentalnych koncepcji naszego wszechświata i czasu — w skrócie konieczność nastąpienia skutku po przyczynie.

Naukowcy opublikowali na łamach Nature Communications, że — w wyniku zastosowania nowych ram, jakie opracowali — występują współzależności kwantowe bez przyczynowości. Wykazali także, że przy limicie klasycznym przyczynowość zawsze występuje, co sugeruje, że czasoprzestrzeń może wyłaniać się z bardziej fundamentalnej struktury. Na tej podstawie przeprowadzono ważne badanie, w wyniku którego wyprodukowano operacyjne sformułowania teorii kwantowej bez predefiniowanej struktury czasu ani przyczynowości. Ramy te mogą także określać egzotyczne związki przyczynowe, jak te, które przypuszczalnie istnieją w kontekście grawitacji kwantowej.

Ważną różnicą między kontrolą kwantową a kontrolą klasyczną jest to, że sam pomiar zmienia dynamikę systemu i wprowadza hałas i komponenty nieliniowe. Naukowcy dokonali znacznych postępów w zakresie kwantowej kontroli reakcji zwrotnej i korekcji błędów, udostępniając nowe narzędzia do manipulacji informacjami kwantowymi i ich ochroną przed hałasem.

Opracowanie urządzeń kwantowych do rozmaitych zastosowań w badaniach podstawowych i przemyśle stało się przedmiotem dalszych badań. Wyniki projektu QCEC dotyczące przyczynowości, kontroli reakcji zwrotnej i korekcji błędów w systemach kwantowych mają ogromne znaczenie w obliczu nowych fascynujących odkryć i postępów oczekiwanych w najbliższej przyszłości.