Математически пъзел, разработен преди 243 години, може да бъде решен

Математически пъзел, създаден преди 243 години, може да бъде решен единствено благодарение на квантово усложнение, съгласно ново проучване. (Квантовото усложнение е физическо събитие, което поражда, когато група частици се генерират, взаимодействат или споделят пространствена непосредственост по метод, при който квантовото положение на всяка парченце от групата не може да бъде разказано без значение от положението на останалите, в това число когато частиците са разграничени на огромно разстояние).

Математическият проблем е малко като судоку на стероиди. Нарича се офицерски проблем на Ойлер, на името на Леонхард Ойлер, математикът, който го е предложил за първи път през 1779 година Ето пъзела: Вие командвате войска с шест полка. Всеки полк съдържа шест разнообразни офицери от шест разнообразни ранга. Можете ли да ги подредите в квадрат 6 на 6, без да повтаряте сан или полк в даден ред или колона?

Ойлер не съумява да откри такова нареждане и по-късните калкулации потвърдиха, че задачата няма решение. Всъщност, публикация, оповестена през 1960 година в Canadian Journal of Mathematics, употребява новооткритата мощ на компютрите, с цел да покаже, че 6 е едно число над 2, където не съществува такава класификация.

Сега обаче откривателите са намерили ново решение на казуса на Ойлер. Както заяви Даниел Гаристо от Quanta Magazine, ново изследване, оповестено в базата данни за предпечат arXiv, открива, че можете да подредите шест полка от шест офицери от шест разнообразни ранга в мрежа, без да повтаряте нито един чин или полк повече от един път в който и да е ред или колона … в случай че чиновниците са в положение на квантово усложнение.

Статията, която е изпратен за партньорска инспекция в списанието Physical Review Letters, се възползва от обстоятелството, че квантовите обекти могат да бъдат в голям брой вероятни положения, до момента в който не бъдат измерени. (Квантовото усложнение е фамозно демонстрирано от мисловния опит на Шрьодингер, при който котка е хваната в кутия с радиоактивна отрова; котката е по едно и също време мъртва и жива, до момента в който не отворите кутията.)

В класическия проблем на Ойлер всеки офицер има неподвижен полк и звание. Те може да са първи лейтенант в Червения полк, да вземем за пример, или капитан в Синия полк. (Понякога се употребяват цветове за визуализиране на решетките, с цел да се улесни идентифицирането на полковете.)

Но един квантов офицер може да заема повече от един полк или чин едновременно. Един офицер може да бъде или първи лейтенант на Червен полк, или капитан на Син полк; майор от Зеления полк или полковник от Лилав полк. (Или теоретично всяка друга композиция.)

Ключът към решаването на казуса на Ойлер с това превключване на идентичността е, че чиновниците в мрежата могат да бъдат в положение на квантово усложнение. При усложнение положението на един обект осведоми положението на различен. Ако офицер № 1 в действителност е първи лейтенант на Червен полк, офицер № 2 би трябвало да е майор от Зеления полк и назад.

Използвайки компютърна мощност, създателите на новата публикация, водени от Адам Бурхард, от Ягелонския университет в Полша, потвърждават, че запълването на мрежата с квантови чиновници прави решението допустимо. Изненадващо, заплитането има собствен личен модел, споделя за Quanta Magazine съавторът на проучването Сухейл Ратър, физик от Индийския софтуерен институт в Мадрас.

Офицерите се заплитат единствено с офицери от сан на една стъпка под или над тях, до момента в който полковете също се заплитат единствено със прилежащи полкове.

Резултатите биха могли да окажат действително влияние върху съхранението на квантови данни, съгласно списание Quanta. Заплетените положения могат да се употребяват в квантовите калкулации, с цел да се подсигурява, че данните са безвредни даже при положение на неточност – развой, наименуван квантова промяна на неточности.

Чрез заплитането на 36 квантови чиновници в положение на взаимозависими връзки, откривателите откриха това, което се назовава безусловно оптимално объркано положение. Такива положения могат да бъдат значими за устойчивото предпазване на данни в квантовите калкулации.

Физиците развиват фундаменталните хрумвания зад заплитането, до момента в който създават механиката на квантовия свят в първите десетилетия на 20-ти век. Те разкрили, че с цел да опишат вярно субатомните системи, би трябвало да употребяват нещо, наречено квантово положение.

В квантовия свят нищо не се знае със сигурност; да вземем за пример в никакъв случай не се знае къде тъкмо се намира електрон в атома, а единствено къде може да бъде. Квантовото положение обобщава вероятността за премерване на несъмнено свойство на парченце, като нейното състояние или ъгловия подтик.

Така, да вземем за пример, квантовото положение на електрона разказва всички места, на които може да го намерите, дружно с вероятностите за намиране на електрона на тези места.

Друга специфичност на квантовите положения е, че те могат да бъдат корелирани с други квантови положения, което значи, че измерванията на едно положение могат да повлияят на другото.

В публикация от 1935 година Алберт Айнщайн, Борис Подолски и Нейтън Розен изследват какъв брой мощно корелирани квантови положения ще взаимодействат между тях. Те разкрили, че когато две частици са мощно корелирани, те губят самостоятелните си квантови положения и вместо това споделят едно, единно положение. Друг метод да се мисли за това е, че един-единствен математически „ резервоар “ може да опише всички частици по едно и също време, без значение от техните самостоятелни свойства. Това единно положение оказва се като квантово усложнение.

Те разкрили, че в случай че две частици са заплетени, което значи, че техните квантови положения са мощно корелирани и се сплотяват, тогава измерванията на една от частиците автоматизирано въздействат върху другата, без значение какъв брой надалеч са частиците една от друга, съгласно Станфордската философска енциклопедия.

Първият физик, който употребява думата „ усложнение “, е Ервин Шрьодингер, един от създателите на квантовата механика. Той разказва заплитането като най-важен аспект на квантовата механика, като споделя, че съществуването му е цялостно отклоняване от класическите линии на мислене.

Както Айнщайн, Подолски и Розен откриват, заплитането наподобява незабавно: откакто имате знания за едно квантово положение, вие автоматизирано знаете квантовото положение на всички заплетени частици. По принцип можете да поставите две заплетени частици в противоположните краища на галактиката и към момента да имате това незабавно знание, което наподобява нарушава границата на скоростта на светлината.

Този резултат е прочут като EPR абсурд (парадоксът на Айнщайн, Подолски и Розен), съгласно Американското физическо общество – резултат, който Айнщайн назова „ призрачно деяние от разстояние “. Той употребява парадокса като доказателство, че квантовата доктрина е непълна. Но опитите неведнъж удостоверяват, че заплетените частици си въздействат взаимно без значение от дистанцията, а квантовата механика остава тествана и до през днешния ден.

Няма общоприето решение на парадокса. Въпреки това, макар че заплетените системи не поддържат локалност (което значи, че една част от заплетена система може неотложно да повлияе на далечна частица), те почитат причинно-следствената връзка, което значи, че резултатите постоянно имат аргументи. Наблюдател на далечната парченце не знае дали локалният наблюдаващ е нарушил заплетената система и назад. Те би трябвало да обменят информация между тях не по-бързо от скоростта на светлината, с цел да потвърдят.

С други думи, рестриктивните мерки, наложени от скоростта на светлината, към момента се резервират при заплетените системи. Въпреки че може да знаете положението на далечна парченце, не можете да предавате тази информация по-бързо от скоростта на светлината.