Sihir kuantum dalam hidup

Komputer adiabatik D-Wave

Artikel ini menyelesaikan serangkaian publikasi yang ditujukan untuk analisis kritis sihir kuantum: geektimes.ru/post/285378 dan geektimes.ru/post/285490 . Untuk beberapa alasan, istilah ini mengganggu beberapa penganut agama baru. Tetapi saya tidak menciptakannya, tetapi meminjamnya dari salah seorang pendetanya, atau setidaknya para inisiat, yang mencoba menerbitkan sebuah majalah dan menulis sebuah buku dengan nama royallib.com/book/doronin_sergey/kvantovaya_magiya.html . Selain itu, nama perusahaan Amerika MagicQ, yang terlibat dalam sistem pengkodean kuantum, berisi bagian dari judul artikel ini sebelum tanda hubung. Di sini saya mencoba berspekulasi tentang teknologi yang ada di dunia nyata, yang biasanya dikaitkan dengan keterikatan kuantum dalam arti paradoks EPR.

Apa itu algoritma adiabatik?

Diketahui bahwa komputer kuantum lengkap yang beroperasi dengan register dengan qubit rumit belum ada. Hanya ada pengaturan eksperimental yang dapat melakukan sesuatu dengan jumlah qubit yang terbatas. Sebagai contoh, mereka mengatakan bahwa pada tahun 2001 IBM mampu menguraikan angka 15 menjadi dua faktor sederhana menggunakan algoritma Shore, menggunakan 7 qubit. Tetapi saya tidak menemukan informasi bahwa beberapa nomor lain menyerah pada perangkat ini. Mungkin dia terlihat buruk, tetapi, menurut saya, lebih tepat menyebutnya bukan komputer, tetapi eksperimen fisik yang unik.

Mari kita perjelas apa yang dimaksud dengan "komputer kuantum lengkap". Tersebut adalah perangkat yang menerapkan komputasi paralel kuantum (lihat paragraf "Komputer Tuhan" di geektimes.ru/post/285490 ). Jika tidak, maka berbicara tentang komputer kuantum berarti membodohi orang. Mengenai kemajuan dan prospek teknologi kuantum, jurnalis dan bahkan banyak ilmuwan sangat berhasil terlibat dalam hal ini. Perlu dicatat bahwa teknologi kuantum, secara umum, telah digunakan selama 60 tahun - sejak penciptaan maser pertama, dan kemudian laser. Saat ini, ada komputer yang menggunakan efek kuantum.

Contoh komputer semacam itu adalah produk D-Wave www.3dnews.ru/822671 . Diketahui bahwa prosesor dengan register 128, 512, 1024 dan bahkan 2048 qubit, yang disajikan secara efektif oleh D-Wave, tidak membentuk status terjerat. Meskipun kelompok 8 qubit (qubit) dikatakan terjerat dalam diri mereka sendiri, masih ada kebingungan antara individu (beberapa) qubit. Sedikit yang diketahui tentang kotak hitam, yang secara harfiah adalah komputer D-Wave.

Namun, diketahui bahwa itu mengimplementasikan apa yang disebut algoritma adiabatik. Mereka menggunakan efek redistribusi energi antara SQUIDs ("qubit"), di mana register merilekskan ke keadaan keseimbangan termodinamika. Pada saat yang sama, dimungkinkan untuk menyelesaikan kelas masalah yang sangat sempit terkait dengan optimasi integer. Namun, diduga bahwa di antara mereka ada masalah salesman keliling, yang diselesaikan lebih cepat dari pada superkomputer mana pun. Itu tentu membuat kesan! Jelas, kita berbicara tentang pengoptimalan lokal, mis., Tentang peningkatan langkah demi langkah dari rute sewenang-wenang di kelas rute-rute yang cukup dekat dengannya. Namun, dari sudut pandang praktis, algoritma pengoptimalan lokal, sebagai aturan, bekerja secara efisien.

Apa itu algoritma adiabatik? Saya akan mencoba menjelaskan ini dengan contoh yang saya buat sendiri. Mungkin algoritma dalam D-Wave bekerja sangat berbeda. Tapi saya tidak bisa membayangkan bagaimana menggunakan proses redistribusi energi dalam sistem qubit sebaliknya. Nilailah diri Anda sendiri seberapa masuk akal kelihatannya. Dalam kasus apa pun, sebagai algoritme pengoptimalan seharusnya tidak menarik. Secara teknis layak!

Dalam hal ini, istilah "qubit" tidak cukup cocok, karena diinginkan untuk memiliki lebih banyak kondisi. Ada kata yang cocok "kudit". Pada prinsipnya, ini adalah qubit yang sama, hanya saja tidak memiliki 2, tetapi nomor yang berubah-ubah $$$d$ kondisi dasar. Dalam kasus qubit ( $$$d = 2$ ) adiabatik juga dapat dipertimbangkan, tetapi masih menganggap bahwa D-Wave menggunakan kudit untuk beberapa $$$d \ geq 2$ . Dan mari kita melangkah lebih jauh, dengan alasan bahwa superposisi dari kondisi dasar tidak diperlukan dalam kasus ini. Untuk mengimplementasikan algoritma adiabatik, cukup memiliki elemen data, yang masing-masingnya bisa dalam satu $$$d$ keadaan energi (stasioner) dan bergerak dari satu ke yang lain dalam interaksi dengan unsur-unsur yang cukup dekat dengannya. Register terdiri dari $$$n$ “kudit” semacam itu (kami akan memanggil mereka di masa depan).

Biarkan Anda perlu menemukan fungsi maksimal $$$z_1 + z_2 + \ ldots + z_n$ dalam kondisi

$$

$$\ sum_ {j = 1} ^ n m_j \ cdot z_j = K \ qquad z_j \ geq 0 \ qquad z_j \ dalam {\ mathbb Z}$$

Peluang $$$m_j$ dan $$$K$ adalah bilangan bulat non-negatif. Penting untuk menemukan solusi (integer) untuk masalah optimisasi ini. Berikut ini adalah contoh bagaimana hal itu mungkin timbul.

Transformasikan dengan memperkenalkan variabel baru $$$x_j = z_j / M$ dimana $$$M = NOC (m_1, m_2, \ ldots, m_n)$ . Menandai $$$Q = K / M$ kami mendapatkan masalah yang setara: temukan yang maksimal $$$x_1 + x_2 + \ ldots + x_n$ dalam kondisi

$$

$$\ sum_ {j = 1} ^ n m_j \ cdot x_j = Q \ qquad x_j \ geq 0 \ qquad \ qquad (1)$$

Kami berasumsi bahwa level energi berada pada jarak yang sama $$$\ Delta E$ . Untuk menjalankan algoritma berikut ini untuk semua $$$j$ atur nomor kapnya $$$j$ menjadi energi $$$m_j \ Delta E$ , mis., transfer ke $$$m_j$ - tingkat energi (mulai dari nol).

Biarkan nilai variabel saat ini $$$x_j$ ditentukan dari persamaan $$$E_j = m_j \ Delta E \ cdot x_j$ dimana $$$E_j$ - energi $$$j$ - pergi kudit. Lalu semua nilai awal $$$x_j = 1$ . Dalam proses mendistribusikan energi antara nilai kudit $$$E_j$ perubahan yang meniru perubahan dalam jumlah $$$x_j = E_j / (m_j \ Delta E)$ .

Sekarang kami akan menyediakan register dengan kesempatan untuk secara mandiri memasuki keadaan keseimbangan termodinamika. Dalam prosesnya, kudit energi yang lebih tinggi akan mentransfernya untuk menutup mereka kudit dengan energi lebih rendah dalam beberapa bagian. $$$\ Delta E$ . Pertimbangkan interaksi pasangan saat energi $$$k \ Delta E$ pergi dari elemen dengan energi $$$E_p$ ke elemen dengan energi $$$E_q$ . Kemudian nilai-nilai variabel baru $$$x_p$ dan $$$x_q$ diberikan oleh ekspresi:

$$

$$x_p '= x_p- \ frac {k} {m_p} \ qquad x_q' = x_q + \ frac {k} {m_q} \ qquad \ qquad (2)$$

Jelas, untuk "transaksi" seperti itu dalam banyak kasus $$$m_p> m_q$ , mis., energi awal $$$p$ - pergi kudit lebih dari $$$q$ - pergi. Maka mengikuti dari (2) itu $$$x_p '+ x_q'> x_p + x_q$ , yaitu, nilai fungsi objektif meningkat dari $$$\ sum_j x_j$ sebelumnya $$$\ sum_j x'_j$ . Pada saat bersamaan $$$z'_p = Mx'_p = M \ kiri (x_p- \ frac {k} {m_p} \ kanan) = z_p-k \ frac {M} {m_p}$ utuh jika utuh $$$z_p$ .

Karena prosesnya adiabatik, energi total sistem tidak berubah. Oleh karena itu

$$

$$\ sum_ {j = 1} ^ n m_j \ cdot x_j '\ cdot \ Delta E = \ sum_ {j = 1} ^ n E'_j = \ sum_ {j = 1} ^ n E_j = \ sum_ {j = 1} ^ n m_j \ cdot x_j \ cdot \ Delta E = Q \ Delta E$$

dari mana jelas bahwa nilai-nilai baru $$$x'_j$ memenuhi batasan (1).

Setelah kesetimbangan termodinamika terbentuk dalam sistem (ini akan terjadi dengan sangat cepat), ia tetap menghitung nilai energi kudit $$$E_j$ membaginya menjadi $$$m_j \ Delta E$ dan kalikan dengan $$$M$ . Dapatkan solusi untuk masalah aslinya $$$z_1, z_2, \ ldots, z_n$ . Perhatikan bahwa pada setiap langkah algoritma angka $$$z_j = Mx_j$ adalah bilangan bulat, mis., masalah optimasi bilangan bulat diselesaikan. Kami juga mencatat bahwa solusi yang dihasilkan akan optimal secara lokal, tetapi mungkin dalam praktiknya ini cocok untuk kami.

Contoh nyata dari masalah yang dipertimbangkan adalah sebagai berikut (ditemukan begitu saja). Biarkan Anda perlu melayani jumlah pelanggan terbesar di $$$n$ item yang masing-masing harus diundang $$$z_j$ orangnya. Pada saat yang sama, perusahaan memiliki jumlah uang tunai $$$K$ , yang harus dikeluarkan untuk operasi ini sesuai dengan anggaran, dan biaya pelayanan satu klien dalam paragraf $$$j$ sama $$$m_j$ .

Rupanya, kira-kira dengan cara ini komputer D-Wave memecahkan kelas masalah optimasi yang sangat sempit, yang, bagaimanapun, menarik secara praktis. Misalnya, pengrajin dari Google menggunakan algoritma adiabatik yang diajarkan D-Wave untuk mengenali gambar mobil dalam sebuah foto. Namun, produk-produk perusahaan ini, meskipun sangat menarik, jauh dari komputer universal yang benar-benar kuantum.

Radar kuantum dari Kerajaan Tengah

Informasi yang sangat aneh bahwa Cina diduga berhasil menguji radar menggunakan pasangan foton terjerat, yang beroperasi pada jarak hingga 100 km dan mampu membuat teknologi radar yang tidak berguna - sputniknews.com/military/20161004/1045974842/china-quantum-radar-stealth tidak terlihat . html Sumber daya media ini sangat pro-Cina dan kurang pro-Rusia. Berani agitprop tersebut))

Rupanya, China sudah menggertak dengan kekuatan dan utama bahwa mereka telah menguasai teknologi yang rumit dan menggunakannya dalam komunikasi satelit, serta dalam radar. Gagasan radar semacam itu cukup jelas, jika Anda percaya pada sihir kuantum. Salah satu dari dua EPR - foton terjerat dalam polarisasi ditangkap di rongga optik dalam bentuk gelombang berdiri, dan yang kedua pergi untuk bertemu dengan target (B2 Spirit). Segera setelah itu tercermin dari permukaan objek, sehingga segera, karena pembiasan sebagian, dengan probabilitas lebih dari 0,5, ia memperoleh polarisasi tegak lurus terhadap bidang refleksi-kejadian. Ini berarti bahwa keadaan polarisasi salah satu dari dua foton pasangan telah berubah. Menurut EPR - paradigma (alias sihir kuantum) polarisasi foton kedua - yang hilang dalam resonator, juga telah berubah. Karena ini terjadi bukan dengan satu pasangan foton, tetapi dengan banyak, perubahan dalam polarisasi bidang dalam rongga dapat dideteksi. Mengerti, roh? Sekarang kami akan melumpuhkan semangat Anda atas nama ide-ide cemerlang Mao! )))

Penting untuk memperhatikan fakta bahwa deteksi target tidak terjadi ketika foton yang dipantulkan kembali ke pemancar, tetapi segera setelah tercermin dari objek. Sangat mudah untuk memahami bahwa ini sangat bertentangan dengan SRT. Bahkan, biarkan sinar laser dengan foton memasuki pasangan terjerat bersinar ke arah yang tetap. Segera setelah B2 yang bernasib buruk menemukan sebuah balok, pada saat yang sama para prajurit PLA menentukan azimuth dan ketinggian target. Mereka tahu sudut-sudut ini sebelumnya ketika mereka memperbaiki arah balok, tetapi orang Amerika mengumumkan pertemuannya dengan balok sebelum itu bisa dilihat di tempat ini! Jika tidak melebihi laju sinyal maksimum yang diizinkan $$$s = 299 792 458$ m / s, lalu apa?

Penganut dan pecinta sihir kuantum, fakta ini tidak mengganggu. Sudah lama dijelaskan efek aneh dengan mengatakan bahwa hukum fisika ditulis dalam ruang klasik, dan fisika kuantum menembus jauh di luarnya, di mana aturan lain berlaku (seperti menusuk ruang melengkung dengan lubang hitam secara dramatis mengurangi jarak antar bintang). Saya tidak bermaksud mereproduksi penjelasan filosofis secara akurat berdasarkan kepercayaan pada mukjizat kuantum. Tetapi berdasarkan pada fisika yang telah dikonfirmasi oleh percobaan, ini tidak dapat terjadi.

Jadi, radar foton fiksi adalah fiksi? Ya dan tidak Dalam bentuk yang saya jelaskan bercanda - pasti YA. Tetapi Anda dapat membayangkan mekanisme operasi radar ini, yang memiliki sifat murni kuantum. Jadi, tidak ada pasangan yang kusut muncul. Sebaliknya, masing-masing foton dibagi menjadi dua mode, satu di antaranya tetap di resonator, dan yang lain dikirim untuk memenuhi untuk tujuan tersebut (lihat kutipan dari Dirac di halaman. Aspe Experience geektimes.ru/post/285378 untuk alasan ini ). Setelah kembalinya mode yang dipantulkan dan penyerapan seluruh foton oleh radar , medan di rongga melemah. Dengan sejumlah besar foton, ini dapat dideteksi.

Ketika mengevaluasi pertimbangan ini, penting untuk dipahami bahwa foton tidak memiliki representasi Schrödinger. Dan ini berarti bahwa ia tidak memiliki lokasi di ruang angkasa. Sebuah foton hadir di mana pun ada bidang yang merupakan bagiannya, secara kasar. Pada kesempatan ini, ada baiknya untuk membaca pengantar buku Dirac "Prinsip-prinsip mekanika kuantum", di mana ia membahas foton. Hanya perlu beberapa menit, tetapi itu membantu untuk menghilangkan citra intrusi foton - partikel titik, yang mendasari interpretasi palsu dari eksperimen Aspe.

Jadi, tampaknya, lokasi yang biasa terjadi, tetapi dengan foton. Jelas bahwa hanya sebagian kecil dari mereka yang kembali ke radar. Namun, mode foton yang dipantulkan akan berupa gelombang yang tersebar, sehingga kemungkinan kembalinya ke tempat radiasi tidak begitu kecil. Semua pertimbangan heuristik ini, tentu saja, mungkin keliru. Namun, penjelasan saya didasarkan pada CM dan tidak menarik entitas mistis seperti keadaan terjerat partikel yang jauh.

Satu hal yang jelas: Cina telah menciptakan radar foton yang memungkinkan mereka mendeteksi pesawat terbang di luar garis pandang. Ini adalah keberhasilan teknologi gelombang optik dan fotonik. Mungkin saja radar semacam itu akan meningkatkan kerentanan pesawat siluman. Tetapi sihir kuantum tidak mungkin terlibat, meskipun orang Cina sendiri percaya sebaliknya.



Menggambar dari sebuah artikel tentang topik ini wonderfulengineering.com/the-chinese-have-allegedly-dequated-a-quantum-radar-that-can-detect-american-stealth-planes , yang saya tidak bisa mengetahuinya tanpa mengetahui singkatannya. Ini jelas tidak terkait dengan foton terjerat. Sepertinya lokasi biasa dengan foton.



Dalam gambar ini, dari artikel yang sama, sejauh yang bisa dinilai, prinsip operasi radar Doppler.

Kriptografi dan hamburan parametrik spontan

Sistem kriptografi kuantum telah ada selama beberapa dekade, jika tidak lebih. Mereka terus-menerus dicampur dengan sihir kuantum, tetapi, ternyata, itu tidak ada hubungannya dengan sistem seperti itu. Sebagai contoh, perhatikan algoritma pembuatan kunci pribadi BB84 yang dijelaskan di sini en.wikipedia.org/wiki/Quantum_Cryptography .

Mekanisme perlindungan didasarkan pada fakta bahwa jika penyerang Eva mencegat sedikit yang dibawa oleh foton terpolarisasi, maka ia akan meletakkannya dalam keadaan polarisasi, yang mungkin berbeda dari yang ditetapkan oleh Alice. Selama verifikasi bit yang ditransmisikan antara Alice dan Bob, perubahan dalam polarisasi ini akan terdeteksi. Efek kuantum digunakan - transisi foton ke dalam polarisasi terukurnya sendiri, tetapi EPR - tidak ada hubungannya dengan keterjeratan.

Dengan demikian, sistem kriptografi kuantum yang sebenarnya memainkan peran argumen penting yang mendukung sihir kuantum, tetapi kenyataannya tidak. Adapun hasil teoritis di bidang ini, berdasarkan EPR - keterikatan, kelayakan fisik mereka terkait dengan masalah mendasar yang sama seperti teleportasi dan komputasi kuantum geektimes.ru/post/285490 .

Artikel wonderfulengineering.com/the-chinese-have-alleged-developed-a-quantum-radar-that-can-detect-american-stealth-planes menyediakan gambar yang menggambarkan hamburan parametrik spontan foton sebagai sumber hipotetik dari pasangan terjerat untuk radar kuantum . Dipercaya bahwa selama proses ini, sebuah foton yang melewati kristal nonlinier secara spontan terbelah menjadi dua foton yang terjerat dalam polarisasi. Ini adalah efek lemah yang diketahui dari akhir 60-an. Pasangan yang dihasilkan disebut biphoton, secara teori, ternyata membingungkan.



Hamburan parametrik spontan (konversi turun spontan)

Tetapi apakah dua foton benar-benar muncul di sini, seperti yang ditunjukkan pada gambar, atau apakah akan lebih tepat untuk berbicara tentang dua mode satu foton di pintu keluar dari kristal? Yaitu, tentang sesuatu seperti birefringence? Dalam beberapa artikel tentang hal ini, penulis dengan hati-hati menulis bahwa peluruhan foton menjadi dua tidak boleh dianggap terlalu harfiah. Dilihat oleh fakta bahwa efek ini terdeteksi melalui campur tangan "foton sepasang", dapat dengan yakin dinyatakan bahwa pasangan tidak muncul di sini. Faktanya adalah bahwa, sesuai dengan CM, foton hanya dapat mengganggu dirinya sendiri! Dalam bukunya yang mendasar, P.A.M. Dirac secara langsung menulis bahwa dua foton yang berbeda tidak pernah mengganggu (lihat pendahuluan). Keadaan ini, mungkin, tidak akan secara signifikan mempengaruhi teori hamburan parametrik spontan. Namun, itu akan merobohkan pilar penting dari mitos foton terjerat yang tetap demikian setelah tersebar pada jarak puluhan dan ratusan kilometer (EPR - keterjeratan). Tentu saja, masalah ini membutuhkan penelitian yang akurat.

Hasil dari tiga publikasi yang mengekspresikan sudut pandang pribadi saya. Sihir kuantum tidak memiliki dasar teoretis, merupakan produk spekulasi sewenang-wenang dengan formalisme QM, dan, pada kenyataannya, tidak dikonfirmasi oleh eksperimen. Eksperimen fundamental Aspe secara keliru ditafsirkan berdasarkan ide klasik bahwa foton yang dipancarkan dalam satu kaskade memiliki nilai eigen dari momenta dan momentum sudut pada saat yang sama (yang tidak mungkin karena CM dan QED). EPR - paradigma itu tidak diwujudkan dalam teknologi kuantum yang nyata, bertentangan dengan apa yang biasa dipikirkan di bawah tekanan jurnalis dan bukan ilmuwan yang sangat berhati-hati. Komunitas ilmiah sangat kurang penilaian kritis terhadap paradigma ini, yang sebenarnya telah menjadi dogma.

PS Artikel saya sama sekali tidak meragukan mekanika kuantum yang tepat. Kebalikan dari para penganut sihir kuantum adalah bukti ketidakjujuran yang disebutkan di atas.