Ученые использовали лазер для управления «квантовой случайностью». Исследование опубликовано в журнале Science. Исследователи из Массачусетского технологического института продемонстрировали возможность контролировать квантовые флуктуации в оптических системах. Технология пригодится для развития вероятностных вычислений и обнаружения слабых полей.

На макроуровне вакуум представляет собой место, лишенное материи. Но в квантовой физике даже в этой пустоте существуют крошечные колебания энергии — флуктуации, связанные со случайными возникновением и уничтожением виртуальных частиц. Этот эффект уже используется для генерации случайных чисел.

Физики использовали крошечные лазерные воздействия для управления оптическим параметрическим генератором — системой, которая генерирует случайные числа на основе квантовых флуктуаций. Исследование показало, что с помощью крошечных воздействий можно контролировать выходные значения генератора. В результате эксперимента исследователи создали первый в истории управляемый фотонный вероятностный бит (p-бит).

В обычных или классических компьютерах каждая задача является детерминированной, то есть выполняется поэтапно, и результат каждый раз остается одним и тем же. Этот подход имеет ограничение — он затрудняет моделирования сложных физических систем, в которых проявляются квантовые эффекты (случайность и неопределенность).

Альтернативная концепция, вероятностные вычисления, основана на статистическом выводе, стохастических процессах и вероятностных моделях для моделирования и изучения явлений, связанных со случайностью, и сценариев, где существует несколько решений, а изучение различных возможностей может привести к лучшим результатам.

Для практической реализации вероятностных вычислений нужно контролировать распределение вероятностей, связанных с квантовыми флуктуациями. Именно такую возможность продемонстрировали физики в своем исследовании.