Le funzioni di correlazione sono spesso impiegate per quantificare le relazioni tra variabili interdipendenti o insiemi di dati. Alcuni anni fa, due ricercatori hanno proposto un problema di test delle proprietà che coinvolge Forrelation per studiare la complessità delle query dei dispositivi quantistici. Ora, gli scienziati hanno realizzato uno studio sperimentale di Forrelation in un processore di informazioni quantistiche a risonanza magnetica nucleare a 3 qubit.

Il nuovo studio è stato pubblicato su Bollettino Scientifico . Quattro studiosi della Tsinghua University, Li Hang, Gao Xun, Xin Tao e Long Guilu, ha collaborato con uno studioso della Southern University of Science and Technology, Yung Man-Hong. Nello studio, hanno risolto problemi di Forrelation doppi e tripli negli spin nucleari e hanno controllato la fluttuazione di spin entro un valore di soglia utilizzando una serie di sequenze di impulsi GRAPE ottimizzate.

È opinione diffusa che i computer quantistici abbiano un vantaggio rispetto ai computer classici in molti problemi computazionali. Nel modello a scatola nera, molti algoritmi quantistici mostrano accelerazioni quantistiche. Ciò solleva una domanda:all'interno del modello a scatola nera, quanto è grande un aumento di velocità quantistica è possibile? Nello specifico, nella complessità della query, possiamo trovare la più grande separazione tra complessità di query classiche e quantistiche?

Due anni fa, Aaronson e Ambainis hanno introdotto un nuovo problema di test delle proprietà chiamato Forrelation, che determina se una funzione booleana è altamente correlata con la trasformata di Fourier di un'altra funzione booleana. E hanno dimostrato che ha dato il più grande aumento di velocità della scatola nera quantistica mai conosciuto.

Il professor Long Guilu ei suoi collaboratori hanno progettato un circuito quantistico per implementare Forrelations multiformi. Hanno realizzato il doppio e il triplo caso di Forrelations su uno spettrometro a risonanza magnetica nucleare misurando il valore di Forrelation per determinare se era maggiore di 3/5 o se il valore assoluto era inferiore a 1/100. Questa è la prima realizzazione sperimentale del problema di Forrelation riportato in letteratura. I loro risultati sono mostrati in figura 1.

Professor Long Guilu, che ha diretto l'esperimento, dice, "Una delle difficoltà è raggiungere un'alta fedeltà degli stati finali, poiché il valore di Forrelation è molto sensibile alla misurazione. Per controllare l'errore entro un valore di soglia, abbiamo utilizzato una tecnica di ingegneria degli impulsi di salita del gradiente ottimizzata invece di una sequenza di impulsi composita di impulsi duri ed evoluzioni dell'accoppiamento J."

Il professor Yung Man-Hong sottolinea lo sviluppo futuro del loro lavoro:"Tutti gli algoritmi quantistici sono implementati su un processore di informazioni quantistiche a tre qubit, che potrebbe non presentare la potenza del calcolo quantistico rispetto al calcolo classico a causa delle attuali tecniche sperimentali. Però, questo esperimento prototipo indica che potremmo ottenere la supremazia quantistica in dispositivi quantistici relativamente semplici nel prossimo futuro".