Les réplicants quantiques des systèmes réactifs peuvent être plus efficaces que les modèles classiques, disent des chercheurs du Center for Quantum Technologies à Singapour, parce que les modèles classiques doivent stocker plus d'informations passées qu'il n'est nécessaire pour simuler l'avenir. Ils ont publié leurs conclusions dans Informations quantiques npj .

Le mot "réplicant" évoque des pensées d'un monde de science-fiction où la société a remplacé les créatures communes par des machines artificielles qui reproduisent leur comportement. Maintenant, des chercheurs de Singapour ont montré que si de telles machines sont jamais créées, ils fonctionneront plus efficacement s'ils exploitent la théorie quantique pour répondre à l'environnement.

Cela fait suite aux conclusions d'une équipe du Center for Quantum Technologies (CQT), publié le 10 février dans Informations quantiques npj . L'équipe a étudié les « processus d'entrée-sortie », évaluer le cadre mathématique utilisé pour décrire des dispositifs arbitraires qui prennent des décisions futures en fonction des stimuli reçus de l'environnement. Dans presque tous les cas, ils ont trouvé, un dispositif quantique est plus efficace car les dispositifs classiques doivent stocker plus d'informations passées qu'il n'est nécessaire pour simuler le futur.

"La raison s'avère être l'absence de réalité définitive de la théorie quantique, " dit le co-auteur Mile Gu, professeur assistant à l'Université technologique de Nanyang, Singapour, qui est affilié au CQT. "La mécanique quantique a cette caractéristique célèbre où certaines propriétés des particules quantiques ne sont pas seulement inconnues avant d'être mesurées, mais fondamentalement n'existent pas dans un état définitif antérieur à l'acte de mesure, " dit-il. La physique ne précise que les probabilités que le système s'effondre à chaque valeur possible une fois la mesure effectuée. Cela permet au système quantique, en un sens, faire plus avec moins.

Co-auteur Jayne Thompson, chercheur au CQT, explique plus loin :« Les systèmes classiques ont toujours une réalité définitive. Ils doivent conserver suffisamment d'informations pour répondre correctement à chaque stimulus futur possible. En concevant un dispositif quantique de sorte que différentes entrées soient comme différentes mesures quantiques, nous pouvons reproduire le même comportement sans conserver une description complète de la façon de répondre à chaque question individuelle." Andrew Garner, un autre chercheur au CQT, et Vlatko Vedral, chercheur principal au CQT et professeur à l'Université d'Oxford, a également contribué à l'article.

Les résultats font avancer les travaux antérieurs. En 2012, Védral, Gu et d'autres ont prouvé un résultat similaire pour une autre classe de problèmes connus sous le nom de processus stochastiques. Ce sont des systèmes qui ont une dynamique indépendante des stimuli externes. Ce résultat vient d'être testé expérimentalement par des collaborateurs de l'Université Griffith en Australie. Ils ont construit un simulateur quantique réel d'un processus stochastique [ Avancées scientifiques 3, e1601302 (2017)].

Cette expérience de démonstration de principe n'utilisait que deux particules de lumière. Les premières simulations de processus d'entrées-sorties seront probablement aussi à petite échelle, mais Gu espère finalement voir les technologies quantiques simuler la façon dont les systèmes complexes réagiront et évolueront dans des situations réelles.

"Les processus d'entrées-sorties sont omniprésents dans la nature, " dit Vedral. " Chaque entité est essentiellement un processus d'entrée-sortie, des réseaux de neurones qui traitent les entrées passées pour prendre des décisions futures, aux graines qui déterminent quand germer en fonction de stimuli externes, " il dit.

"Les humains ont longtemps été fascinés par l'idée de reproduire la nature à travers des machines, du célèbre chevalier mécanique de Léonard de Vinci à la fiction spéculative sur les futurs androïdes comme "Do Androids Dream of Electric Sheep" de Philip K. Dick qui a inspiré le film Blade Runner, " dit Gu. " Peut-être des androïdes dans le futur, conçu par une civilisation avancée obsédée par l'efficacité, va plutôt rêver de moutons quantiques."