研究人員在量子世界中發現由硬幣翻轉速率決定的方向

本研究的示意圖。來源：廣島大學

擲硬幣。頭？向左走一步。尾巴？向右轉。在量子世界？一次向兩個方向走，就像一波波開來。這個隨機過程被稱為"步行者類比"，可以應用於人工智慧和數據搜索過程等最先進的技術中使用的經典算法和量子算法。然而，隨機性也使行走難以控制，使得精確設計系統更加困難。

一個位於日本的研究小組可能正朝著更可控的步行方向發展，它揭開了每個量子步驟的方向決策基礎，並引入了一種可能控制運動方向的方法。他們於10月16日發表在《科學報告》上，這是一份《自然研究》雜誌。

廣島大學綜合藝術與科學研究生院研究生Haruna Katayama說："在我們的研究中，我們專注於確定量子行走行為的硬幣，以探索可控性。

在古典系統中，硬幣在空間中引導步行者：右或左。在量子系統中，硬幣的可靠程度要小很多，因為步行者既像粒子一樣站在一個空間裡，又在一個波上延伸，在一些時間上各種可能性。

Katayama 說："我們引入了與時間相關的硬幣，在它頭上或尾部著陸的概率因揭開硬幣的功能而暫時變化。

研究人員發現，這種時間依賴的硬幣可以改變步行者的位置，但步行者的波浪特性掩蓋了硬幣控制的物理空間。

"我們首次成功地澄清了兩個完全不同的概念的等價性——硬幣概率變化率和波速的等價性。""這種公開的機制使我們能夠通過操縱硬幣來控制量子移動，同時保留隨機過程，從而提供量子計算等創新量子信息處理技術的核心基本要素。

研究人員確定，硬幣的翻轉速度直接影響到波浪的移動速度，從而對步行者的移動進行一些控制。

Katayama 說："行走機制使我們能夠通過操縱硬幣翻轉速率，根據自己需求定製量子行走。"此外，我們發現，通過設計硬幣，可以按需實現具有所需軌跡的量子行走。我們的結果為量子行走的控制開了一條道路。