Учёные нашли способ «обойти» принцип неопределённости с помощью квантового ИИ

RusPhotoBank

Физики давно знают, что мир квантовых частиц подчиняется особым правилам. Одно из самых известных — принцип неопределённости Гейзенберга. Он говорит о том, что некоторые свойства квантового объекта невозможно точно измерить одновременно. Например, чем точнее мы знаем скорость частицы, тем менее точно можем определить её положение. Это не техническая проблема, а фундаментальное ограничение самой природы.

Из-за этого учёные сталкиваются с трудностями при изучении сложных квантовых систем — от отдельных частиц до молекул, важных для химии и материаловедения. Каждый замер может изменить состояние объекта, а попытка узнать сразу несколько характеристик требует большого числа повторных измерений.

Недавно исследователи предложили новый подход, который может упростить эту задачу. В его основе — квантовая нейросеть, то есть алгоритм, работающий по принципам квантовой механики и напоминающий по структуре обычные нейросети, используемые в искусственном интеллекте.

Суть идеи заключается в том, чтобы добавить в работу такой сети контролируемую случайность. Квантовая система сначала проходит через обучаемую схему, которая преобразует её состояние, а затем измерения выполняются одинаковым способом — например, по одной и той же оси. При этом разные выходы сети кодируют информацию о разных свойствах объекта, в том числе тех, которые считаются несовместимыми.

Проще говоря, нейросеть не отменяет принцип неопределённости, но позволяет извлекать больше полезной информации из одного и того же квантового состояния. Вместо того чтобы поочерёдно измерять каждое свойство и терять данные, учёные получают сразу несколько оценок за один эксперимент. Точность при этом снижается не полностью, а контролируемо — с понятными ограничениями, которые можно учесть заранее.

В отдельных работах показано, что такой подход может требовать меньше копий квантового объекта для получения нужных данных. Это особенно важно в ситуациях, где подготовка каждого нового состояния сложна или дорога.

Авторы подчёркивают, что речь не идёт о нарушении законов физики. Принцип неопределённости остаётся в силе, но новые методы обработки и анализа данных позволяют работать с ним более гибко. По сути, квантовая нейросеть выступает как умный посредник между объектом и измерительным прибором.

В перспективе такие разработки могут пригодиться в квантовой химии, материаловедении и при создании квантовых компьютеров. Там, где раньше приходилось выбирать, какое свойство измерять, теперь появляется возможность получать более полную картину, не увеличивая число экспериментов.