Guardar el temps en una superposició quàntica

Els models informàtics de sistemes com el flux de trànsit de la ciutat o l'impuls neuronal al cervell solen requerir de molta memòria. Però un nou enfocament amb els simuladors quàntics podria reduir significativament aquest ús de la memòria prenent un enfocament quàntic al temps. L'únic cost és un registre reduït del passat.

La proposta prové dels investigadors Mile Gu i Thomas Elliott a Singapur. Per realitzar una simulació, una computadora clàssica ha de reduir el temps en passos discrets. Gu dibuixa l'analogia amb una antiga manera de mesurar el temps: el rellotge de sorra. Si s'amplia molt un rellotge de sorra i es pot veure que els grans individuals de sorra cauen d'un en un, llavors, es tracta d'un flux granular.
De la mateixa manera que el rellotge de sorra necessita una sorra més fina per fer un mesurament del temps més precís, l'equip necessita uns temps més precisos per fer simulacions més precises. De fet, l'ideal seria simular el temps contínuament perquè siguin les millors de les observacions, el temps sembla ser continu. Però això implica una simulació clàssica veritablement precisa que necessiti memòria infinita per executar aquest tipus de programa.

Tot i que això és impossible amb una computadora clàssica, els efectes quàntics proporcionen un entorn de treball. Amb un simulador quàntic, es pot evitar la precisió versus l'intercanvi d'emmagatzematge que cal patir amb un dispositiu clàssic.
Per explicar com funciona, cal imaginar que s'ha d'agafar un autobús. Si s'arriba a la parada just per veure un autobús que surt, ara s'espera que el següent autobús trigui més temps per arribar que si no s'hagués vist una sola sortida. Això és degut a que la probabilitat d'arribar a un autobús no sempre és constant, però depèn del temps que ha estat des de l'últim autobús.
Per simular processos similars en què la probabilitat canvia amb el temps, un ordinador normal calcula els resultats a intervals de temps fixats. Podria, per exemple, dividir les probabilitats per als temps d'arribada de l'autobús en intervals de 30 segons, actualitzant aquestes probabilitats després de cada interval depenent de si un autobús va arribar (o no). Per ser més exactes sobre quan vindrà un autobús o per modelar amb precisió xarxes de trànsit més grans i més complicades, es necessita de petits passos de temps i, per tant, més memòria.

En aquest enfocament clàssic, es fa una predicció explicant el temps transcorregut des de l'autobús anterior. Això sembla lògic, i resulta ser el millor mètode clàssic. La física quàntica, però, permet un enfocament completament diferent.
Un simulador quàntic pot estar en molts estats diferents alhora, cadascun amb la seva pròpia probabilitat de realitzar-se. Es tracta d'un fenomen conegut com superposició quàntica. La proposta de Gu i Elliott és codificar la distribució temporal de probabilitat per a l'esdeveniment que vol simular en la ponderació de probabilitat dels diferents estats. Si la superposició es crea en una propietat com la posició d'una partícula, que pot evolucionar contínuament, el temps també es pot seguir de manera contínua. Per tant, és possible descartar certa informació sobre el temps transcorregut, aconseguint una eficiència de memòria superior, sense sacrificar la precisió predictiva.

El guany es produeix a costa de perdre coneixements del passat. El temps transcorregut: un registre del passat, és a dir, no es pot recuperar exactament des de la superposició, però no obstant, es conserva tota la capacitat de predicció.


Font: Centre for Quantum Technologies at the National University of Singapore