Американські науковці заявили, що квантові комп’ютери не здатні вирішити найскладніші задачі квантової фізики

Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту виявили фундаментальне обмеження у роботі квантових комп’ютерів. Команда під керівництвом Томаса Шустера довела, що навіть найпотужніші квантові машини не здатні ефективно визначати фази матерії, якщо квантовий стан системи невідомий. Результати дослідження оприлюднено на сервері препринтів arX­iv і вони свідчать, що деякі задачі у квантовій фізиці залишаються недосяжними навіть для сучасних квантових технологій.

На відміну від класичного світу, де легко розрізнити газ від рідини, квантові фази матерії проявляються при абсолютному нулі температури та підпорядковуються законам квантової механіки. Серед них — топологічні та нестаціонарні стани з унікальними властивостями. Автори дослідження наголошують, що відкриття нових квантових станів, зокрема топологічного порядку та симетрично захищених фаз, є важливим для розуміння природи матерії та розвитку квантових технологій наступного покоління.

Однак деякі фази виявляються надзвичайно складними для розпізнавання. Ключову роль у цьому відіграє кореляційний радіус — показник того, наскільки властивості однієї частини квантової системи впливають на іншу. Коли цей радіус зростає, обчислювальний час для визначення фази збільшується експоненційно. Якщо кореляційна довжина перевищує логарифмічний масштаб системи, задача стає практично нерозв’язною — навіть для квантових комп’ютерів.

У Cal­tech також зазначають, що хоча деякі квантові та класичні стани мають чітко визначені фази матерії, не існує ефективних квантових експериментів, здатних їх розпізнати. Це свідчить про глибинні межі пізнання фізичної реальності, які не завжди можна подолати технологічними засобами.

Раніше цього року команда Шустера вже досліджувала випадковість у квантових обчисленнях і виявила, що деякі фізичні характеристики — зокрема час еволюції, фази матерії та причинна структура — можуть бути надто складними для точного вимірювання. Ці результати ставлять під сумнів здатність людства повністю осягнути природу Всесвіту і підкреслюють обмеження нашого розуміння навіть у добу квантових технологій.