インサイダーブリーフ
- 研究者は、奇妙なサイクルゲームで量子の利点を実証しました。このゲームでは、絡み合った粒子がプレイヤーが最高の古典戦略を上回ることができました。
- 2メートルで分離された閉じ込められたイオンで行われた実験は、26の標準偏差を26標準偏差で超え、統計的に有意な量子優位性を確認しました。
- 調査結果には、量子暗号化、人工知能、安全な通信に潜在的な用途があり、基本的な物理学を超えた現実の関連性を示しています。
科学者は、戦略的なゲームで量子的な利点を示しており、絡み合った粒子を使用している2人のプレーヤーが統計的に有意なマージンで最高の古典戦略を上回ることができることを示しています。
で公開された調査結果 物理的なレビューレター、プレーヤーが分離されて通信できない場合でも、量子力学が特定のタスクで優れたパフォーマンスを可能にするという新しい証拠を提供します。
オックスフォード大学の主執筆者ピーター・ドルモタは、次のように述べています。 物理APS。
研究者が問題にアプローチした方法は次のとおりです。チームは、2人のプレーヤーが直接調整せずにシーケンスの位置に色を割り当てる必要がある理論的なシナリオである、奇数サイクルゲームをテストする実験を考案しました。オックスフォード大学とセビリア大学の研究者は、最適な量子戦略を実施するために、約2メートル離れた閉じ込められたイオンを使用しました。彼らのアプローチは、26の標準偏差によって古典的な制限を超える勝利確率をもたらし、抜け穴のない条件下で量子的な利点を確認しました。
これを視点にするために、予想を超える5つの標準偏差である結果は、通常、ランダムな吸虫である350万人に1人に対応するため、主要な科学的発見と見なされます。 26標準の控除の結果は天文学的により重要です – バスケットボール選手が26,000のフリースローを行方不明にしていないように、これが偶然だけで起こることは事実上不可能です。
この研究では、関連するベルテストも実施し、0.54の非ローカル含有量を測定しました。これは、検出抜け抜けを排除する物理的に個別のデバイスでこれまでに観察される最高です。このメトリックは、システムの動作が古典的な期待からどれだけ逸脱するかを定量化します。
実験の仕組み
奇数サイクルゲームには2人のプレーヤーが含まれ、それぞれが審判から入力を受け取り、事前に合ったルールに基づいて出力を返します。課題は、古典的な戦略は、奇妙なサイクルの制約のために常に避けられない失敗のケースを残すことです。
この制限を克服するために、研究者は2つの原子イオン間に量子絡み合いを分布させました。各ラウンドの前に、プレイヤーは絡み合った状態を共有しました。これは、古典的なルールでは不可能な方法で答えを相関させることができる量子リンクです。測定すると、これらの絡み合ったイオンは、勝利のオッズを改善する相関出力を生成しました。
この実験は、量子ネットワーキングのための確立されたプラットフォームである閉じ込められたストロンチウムイオンを使用して実行されました。イオンをレーザーで操作してエンタングルメントを生成しました。これは、ゲームの各ラウンドの前に検証されました。プレイヤーは、割り当てられた入力に基づいて独立して量子操作を適用し、結果を記録しました。
公平性を確保するために、実験では、入力と測定のタイミングを制御する状態マシンを使用しました。このアプローチは抜け穴を排除し、外部の干渉や隠されたバイアスが結果に影響を与えるのを防ぎました。チームはゲームの101,000ラウンドを実施し、量子アドバンテージの堅牢な統計的確認を提供しました。
なぜそれが重要なのか
チームによると、着色ゲームは子供のように見えるかもしれませんが、これは重要な意味を持っています。量子的な利点 – クタムシステムが古典的なシステムよりも優れている能力 – は、特に古典的なコンピューティングの制限がよく理解されていない場合に、かなりの議論の対象となっています。ランダム回路サンプリングにおける量子優位性などの以前のデモンストレーションは、検証が困難な複雑な確率分布に依存していました。批評家は、Quantum Computersはランダム回路サンプリングの解決に特に熟達しているため、ランダムにDARTを投げて、それが着陸した場所にブルズアイを描くようなものであると告発しました。
ただし、奇妙なサイクルゲームは、大規模な数学的証明を必要とせずに、量子戦略が古典的な代替案よりも優れていることを示すための明確で直感的なフレームワークを提供します。
研究者は、このようなゲームは、古典的な制限が容易に理解されるシナリオで量子優位性の強力な証拠を提供すると主張しています。
「この手紙では、このゲームに勝つための最適な量子戦略の実現を提示します」とチームは書いています。 「私たちの実装は、（（iii）実行可能な（iv）問題の忠実な実装である（iv）、（v）、ゲームが独立した物理的に分離されたプレイヤーによって再生され、その結果がすぐに懐疑論者を納得させる）を満たします。抜け穴がない（追加の仮定は必要ありません）」
潜在的な実用的なアプリケーション
この実験は量子力学の基本的なテストとして設計されていますが、実用的なアプリケーションに大きな意味があります。量子強度の意思決定戦略は、安全な投票プロトコル、リソース割り当ての問題、コミュニケーションが制限されているリアルタイム戦略計画などの分野で使用できます。
また、奇数サイクルゲームで実証されている原則は、安全な量子キー分布を検証するための新しい方法を提供することにより、量子暗号化を改善することができます。エンタングルメントベースのプロトコルを改良できる場合、科学者は古典的なアプローチを上回るより堅牢な暗号化方法を開発することができます。
暗号化を超えて推測するかもしれません。たとえば、エンタングルメントベースの意思決定が人工知能と最適化の問題に利益をもたらす可能性があると考えられます。たとえば、ロジスティクスとサプライチェーン管理では、量子戦略により、企業は機密データを交換せずにアクションをより効果的に調整できるようになる可能性があります。
制限と将来の研究の方向性
結果は量子の利点を確認しますが、研究者は、実験の欠陥によって制約されたままであることを研究者が認めています。観察された勝利確率は、理論的量子限界の97.8％に達し、矛盾はシステムの残留ノイズに起因していました。
また、古典的なアルゴリズムとハードウェアを使用して、研究チームによっていくつかの以前の量子アドバンテージ実験が超えられていることに注意することも重要です。
将来の作業では、絡み合ったキビットの数を増やしたり、より複雑な非ローカルゲームをテストすることにより、システムをスケーリングすることが含まれます。また、研究者は、安全な通信や分散型量子コンピューティングなど、実際のシナリオでのアプローチの潜在的なアプリケーションを強調しています。
別のテストでは、彼らはゲームのバリアントを実行し、プレイヤーが独立して入力を選択し、セットアップが鐘の不等式実験で既知の抜け穴を閉じることを確認しました。ただし、測定値が原則として互いに影響を与えることができないことを保証する完全なスペースのような分離を達成することは、オープンな挑戦のままであるように見えます。
より広い影響
基本的な物理学を超えて、この研究は、新しい量子技術におけるエンタングルメントベースのプロトコルの成長する役割を強化します。ここで使用される手法は、将来の量子ネットワークに関連しており、エンタングルメントが安全な暗号化スキームと分散量子処理を可能にする可能性があります。また、この作業は、ゲームのようなシナリオが、量子力学の直感に反する利点を示すための強力なツールとしてどれほど役立つかを強調しています。
量子技術が成熟し続けるにつれて、これらのような実験は、量子力学が古典的な方法を上回る方法と場所の具体的なベンチマークを提供します。継続的な改善に伴い、絡み合ったシステムは、研究研究所からコンピューティング、通信、セキュリティの実用的なアプリケーションにまもなく移行する可能性があります。
この研究は、オックスフォード大学のDrmota、D。Main、Em Ainley、A。Anley、G。Araneda、DP Nadlinger、BC Nichol、R。Srinivasなどの科学者チームによって実施されました。さらに、セビリア大学のA. CabelloとInstituto Carlos I defísicaTeóricayComputacionalは、オックスフォードのDM Lucasとともに研究に貢献しました。
