I replicanti quantistici dei sistemi reattivi possono essere più efficienti dei modelli classici, affermano i ricercatori del Center for Quantum Technologies di Singapore, perché i modelli classici devono memorizzare più informazioni passate di quelle necessarie per simulare il futuro. Hanno pubblicato i loro risultati in npj Informazioni quantistiche .

La parola "replicante" evoca pensieri di un mondo fantascientifico in cui la società ha sostituito le creature comuni con macchine artificiali che ne replicano il comportamento. Ora i ricercatori di Singapore hanno dimostrato che se tali macchine vengono mai create, funzioneranno in modo più efficiente se sfruttano la teoria quantistica per rispondere all'ambiente.

Questo segue i risultati di un team del Center for Quantum Technologies (CQT), pubblicato il 10 febbraio in npj Informazioni quantistiche . Il team ha studiato i "processi input-output", valutare il quadro matematico utilizzato per descrivere dispositivi arbitrari che prendono decisioni future sulla base di stimoli ricevuti dall'ambiente. In quasi tutti i casi, hanno trovato, un dispositivo quantistico è più efficiente perché i dispositivi classici devono memorizzare più informazioni passate di quelle necessarie per simulare il futuro.

"Il motivo risulta essere la mancanza di una realtà definitiva da parte della teoria quantistica, " dice il co-autore Mile Gu, un Assistant Professor presso la Nanyang Technological University, Singapore, che è affiliato con CQT. "La meccanica quantistica ha questa famosa caratteristica per cui alcune proprietà delle particelle quantistiche non sono solo sconosciute prima di essere misurate, ma fondamentalmente non esistono in uno stato definitivo prima dell'atto di misurazione, " dice. La fisica specifica solo le probabilità che il sistema collassi a ogni possibile valore una volta eseguita la misurazione. Ciò consente al sistema quantistico, in un senso, fare di più con meno.

Co-autore Jayne Thompson, un ricercatore presso CQT, spiega ulteriormente:"I sistemi classici hanno sempre una realtà definitiva. Devono conservare informazioni sufficienti per rispondere correttamente a ogni possibile stimolo futuro. Progettando un dispositivo quantistico in modo che input diversi siano come misurazioni quantistiche diverse, possiamo replicare lo stesso comportamento senza conservare una descrizione completa di come rispondere a ogni singola domanda." Andrew Garner, un altro ricercatore presso CQT, e Vlatko Vedral, un investigatore principale al CQT e professore all'Università di Oxford, anche contribuito alla carta.

I risultati anticipano il lavoro precedente. Nel 2012, Vedral, Gu e altri hanno dimostrato un risultato simile per un'altra classe di problemi noti come processi stocastici. Questi sono sistemi che hanno dinamiche indipendenti dagli stimoli esterni. Quel risultato è stato appena messo alla prova sperimentale dai collaboratori della Griffith University in Australia. Hanno costruito un simulatore quantistico reale di un processo stocastico [ Progressi scientifici 3, e1601302 (2017)].

Questo esperimento di prova del principio ha utilizzato solo due particelle di luce. Probabilmente anche le prime simulazioni dei processi input-output saranno su piccola scala, ma Gu spera di vedere alla fine le tecnologie quantistiche che simulano il modo in cui i sistemi complessi reagiranno e si evolveranno in situazioni di vita reale.

"I processi input-output sono di natura onnipresente, " dice Vedral. "Ogni entità è essenzialmente un processo di input-output, dalle reti neurali che elaborano gli input passati per prendere decisioni future, ai semi che determinano quando germinare in base a stimoli esterni, " lui dice.

"Gli esseri umani sono stati a lungo affascinati dall'idea di replicare la natura attraverso le macchine, dal famoso cavaliere meccanico di Leonardo da Vinci alla finzione speculativa di futuri androidi come "Do Androids Dream of Electric Sheep" di Philip K. Dick che ha ispirato il film Blade Runner, " dice Gu. "Forse androidi in futuro, progettato da una civiltà avanzata ossessionata dall'efficienza, sognerà invece pecore quantiche."