Квантовата механика е толкова сложна, че дори експертите не могат да се доверят на интуицията си, а това прави по-трудно измислянето на нови експерименти, които да тестват квантовата теория.

Но физици от Виенския университет в Австрия са създали компютърен алгоритъм, който измисля нови квантови експерименти, стигащи далеч отвъд нашите най-диви мечти. Алгоритъмът е наречен „Мелвин", а създателите му вярват, че той ще е способен да изследва някои от най-непознатите свойства и поведения на квантовите системи. Правейки това, Мелвин ще издигне квантовите експерименти до сложност, надминаваща значително човешкото въображение.

„Свръхизмерно" заплитане

В експериментите ще се включват и такива, чиято специална цел е да се постигне квантово заплитане между голям брой частици. Експерименталните методи за постигане на заплитане между два или съвсем малко повече атоми са добре познати на физиците, но квантовото заплитане е толкова неинтуитивно за човешкия мозък, че би било изключително трудно да разберем как да създадем по-сложно състояние на „градивните блокове на материята" като например „свръхизмерно" квантово заплитане на голям брой частици.

Струнната теория среща примковата квантова гравитация

Мелвин работи без да бъде обременяван от човешките предубеждения. Алгоритъмът е снабден с цял комплект стандартни експериментални компоненти, които при комбиниране и разбъркване постигат желаната цел. В тези компоненти се съдържат устройства за манипулиране на траекториите и квантовите свойства на фотоните, включително разделители на лъчи, които са способни да изпращат фотон в две различни посоки, поставяйки го по този начин в суперпозиция между две квантови състояния.

Мелвин работи, като съчетава отделните елементи на случаен принцип и наблюдава дали някоя от конфигурациите е постигнала желаната цел. Ако това е така, Мелвин опростява максимално подредбата на елементите, преди да представи конфигурацията на изследователите. Ако целта не е постигната, алгоритъмът започва с нова подредба на случаен принцип. Обикновено след няколко дни изчислителна работа Мелвин е способен да предостави няколко оптимизирани решения на специфичната задача.

„С няколко колеги се опитвахме да създадем квантово заплитане между няколко частици (състояние на Грийнбъргър – Хорн – Зейлингър (ГХЗ)), но опитите ни бяха неуспешни", казва специализантът Марио Крен (Mario Krenn), който е в основата на създаването на Мелвин. „Тогава ми просветна, че интуицията ми за това как ще работи конфигурацията е грешна – на практика аз само гадаех. След това си помислих, че и компютър може да върши същата работа, само че няколко хиляди пъти по-бързо от мен."

Физици имитираха света на квантовата механика

При първата демонстрация Мелвин е измислил 51 нови вида експерименти за направата на свръхизмерни ГХЗ състояния. При повторното включване учените от Виенския университет разбрали как да постигнат циклични трансформации на фотонните състояния – такива, при които поредица от трансформации в крайна сметка връща фотона в първоначалното му състояние. Подобни последователности ще бъдат от голяма полза за развитието на квантовите компютри. В този „сън" Мелвин успял да избере точно четири добри решения измежду 1022 възможни конфигурации. Крен и колегите му вече използват в лабораториите си някои от предложенията на сложния алгоритъм.

Тъй като Мелвин не разсъждава интуитивно, той не е ограничен от конвенционалните идеи за постигане на дадена цел. Според създателите му това му качество го прави истински изобретателен. Някои от предложенията, които алгоритъмът дава, са противоположни на интуицията, дори и да са доказани експериментално.

Що е то квантова телепортация?

Марио Крен признава, че все още не е наясно какво се случва при предложените от Мелвин експерименти за постигане на свръхизмерно ГХЗ състояние. „Стъпките, по които Мелвин върви може да бъдат описани математически, но е почти невъзможно да бъдат обяснени интуитивно", добавя Крен. „Това е присъщо за квантовата физика. Объркването на човешката интуиция ще става все по-често срещано явление с повишаването на сложността на задачите, с които Мелвин се занимава."