1994 년 AT &T Research의 수학자 인 Peter Shor라는 수학자는 이러한 가상의 장치가 많은 수를 신속하게 고려할 수 있다는 사실을 알게되면서“Quantum Computers”에 즉각적인 명성을 가져 왔습니다. 그러나 근본적인 문제는 실제로 양자 컴퓨터를 구축하는 데 방해가되었습니다. 물리적 구성 요소의 타고난 연약함.
일반 컴퓨터의 이진 정보와 달리, "Qubits"는 동시에 | 0 ° 및 | 1⟩로 지정된 두 상태 각각에있을 가능성이있는 양자 입자로 구성됩니다. 큐 비트가 상호 작용하면 가능한 상태는 상호 의존적 인 상태가되며, 각각은 서로의 가능성이 있습니다. 큐 비트가 각 작업마다 점점 더“얽히게”되면서 우발적 인 가능성이 확산됩니다. 이 기하 급수적으로 증가하는 동시 가능성을 유지하고 조작하는 것은 양자 컴퓨터를 이론적으로 강력하게 만드는 것입니다.
그러나 큐브는 화려하게 오류가 발생하기 쉽습니다. 가장 약한 자기장 또는 길 잃은 전자 레인지 펄스는 | 0 의 가능성을 바꾸어“비트 플립”을 겪게합니다. 그리고 | 1 | 두 상태 사이의 수학적 관계를 반전시키는 다른 큐 비트 또는 "위상 플립"에 대해. 양자 컴퓨터가 작동하려면 과학자들은 개별 큐브가 손상 될 때에도 정보를 보호하기위한 계획을 찾아야합니다. 또한, 이러한 체계는 큐 비트를 직접 측정하지 않고 오류를 감지하고 수정해야합니다. 측정에서 큐 비트의 공존 가능성이 명확한 현실로 붕괴되기 때문입니다.
1995 년 Shor는 또 다른 충격적인 인수 알고리즘을 따랐습니다. 컴퓨터 과학자 인 Dorit Aharonov와 Michael Ben-Or (및 독립적으로 일하는 다른 연구원)는 1 년 후 이러한 코드가 이론적으로 오류율을 0에 가까운 것으로 추출 할 수 있음을 증명했습니다. 텍사스 대학의 주요 양자 컴퓨터 과학자 인 Scott Aaronson은“이것은 90 년대의 중심 발견이었다.
이제 소규모 양자 컴퓨터가 전 세계의 실험실에서 구체화하더라도 일반 컴퓨터를 능가하는 유용한 컴퓨터는 몇 년 또는 수십 년 정도 남아 있습니다. 실제 큐 비트의 어려운 오류율에 대처하려면 훨씬 더 효율적인 양자 오류 수정 코드가 필요합니다. Aaronson은 더 나은 코드를 설계하려는 노력은 하드웨어 개선과 함께“현장의 주요 추력 중 하나”라고 말했다.
그러나 지난 4 세기 동안이 코드를 추구하면서 물리학 자들이 양자 오류 보정과 공간, 시간 및 중력의 특성 사이의 깊은 관계가 있다는 증거를 발견했을 때 2014 년에 재미있는 일이 일어났습니다. Albert Einstein의 일반 상대성 이론에서 중력은 공간과 시간의 구조 또는 "시공간"의 거대한 물체 주위에 구부러지는 것으로 정의됩니다. (아인슈타인의 이론만큼 강력한 물리학 자들은 물리학 자들은 중력이 더 깊고 양자 기원을 가져야한다고 믿는다.
.그해 - 2014 년 - 3 명의 젊은 양자 중력 연구원들이 놀라운 실현을 받았습니다. 그들은 물리학 자들의 이론적 놀이터에서 일하고있었습니다 :홀로그램처럼 작동하는“안티 데트 시터 공간”이라는 장난감 우주. 우주의 내부에서 시공간의 구부러진 직물은 외부 경계에 사는 얽힌 양자 입자로부터 나오는 투영이다. Ahmed Almheiri, Xi Dong 및 Daniel Harlow는 시공간 의이 홀로그램 "출현"이 양자 오류 수정 코드처럼 작동한다고 계산했습니다. 그들은 Journal of High Energy Physics에서 추측했다 그 시공간 자체는 적어도 안티 데트 시터 (ADS) 우주에서 코드입니다. 이 논문은 양자 중력 커뮤니티에서 활동의 물결을 유발했으며, 시공간의 더 많은 특성을 포착하는 새로운 양자 오류 수정 코드가 발견되었습니다.
.캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 이론적 물리학자인 존 프레 스킬 (John Preskill)은 양자 오류 수정은 시공간이 깨지기 쉬운 양자의 물건에서 짜여져 있음에도 불구하고“고유의 견고성”을 어떻게 달성하는지 설명한다고 말했다. Preskill은“우리는 계란 껍질을 걸어 가서 지오메트리가 무너지지 않도록합니다. "Quantum 오류 수정과의 관계가 우리가 왜 그런지에 대한 가장 깊은 설명이라고 생각합니다."
양자 오차 보정의 언어는 또한 연구원들이 블랙홀의 신비를 조사 할 수있게하기 시작하고 있습니다. 시공간 곡선은 중심을 향해 가파르게 내부로 가파르게 내부로 가파르게 탈출 할 수 있습니다. 뉴저지 주 프린스턴의 고급 연구 연구소에있는 Almheiri는“모든 것이 블랙홀로 거슬러 올라갑니다. 이 역설적 인 장소는 중력이 천정에 도달하고 아인슈타인의 일반적인 상대성 이론에 실패한 곳입니다. "어떤 코드 시공간이 구현되는지 이해한다면 블랙홀 내부를 이해하는 데 도움이 될 수 있다는 몇 가지 징후가 있습니다."
.보너스로서, 연구원들은 홀로그램 시공간 시간이 확장 가능한 양자 컴퓨팅으로 향하는 길을 가리켜 쇼와 다른 사람들의 오랜 비전을 충족시킬 수 있기를 희망합니다. Almheiri는“시공간은 우리보다 훨씬 똑똑하다. "이러한 구성에서 구현되는 양자 오류 수정 코드의 종류는 매우 효율적인 코드입니다."
그렇다면 양자 오류 수정 코드는 어떻게 작동합니까? 불안한 큐브트에서 정보를 보호하는 요령은 개별 큐 비트가 아니라 많은 사람들 사이에서 얽힘 패턴에 보관하는 것입니다.
간단한 예로 3 퀘트 코드를 고려하십시오. 3 개의 "물리적"큐 비트를 사용하여 비트 플립에 대한 단일 "논리적"정보를 보호합니다. (코드는 위상 플립으로부터 보호 할 수 없기 때문에 양자 오차 보정에 실제로 유용하지는 않지만 그럼에도 불구하고 유익합니다.) 논리적 큐 비트의 | 0⟩ 상태는 세 가지 물리적 큐 비트 모두 | 0⟩ 상태에 해당하며 | 1⟩ 상태는 세 가지 | 1 | 1에 해당합니다. 이 시스템은이 상태의 "중첩"에 있으며 | 000 + | 111⟩으로 지정됩니다. 그러나 큐 비트 비트 플립 중 하나를 말하십시오. 큐브를 직접 측정하지 않고 오류를 어떻게 감지하고 수정합니까?
큐 비트는 양자 회로에서 두 개의 게이트를 통해 공급 될 수 있습니다. 한 게이트는 첫 번째 및 두 번째 물리적 큐 비트의 "패리티"를 확인합니다 (동일이든 다른지 여부) 다른 게이트는 첫 번째와 세 번째의 패리티를 확인합니다. 오류가 없으면 (큐 비트가 상태 | 000 + | 111⟩에 있음을 의미 함), 패리티 측정 게이트는 첫 번째와 두 번째 및 첫 번째와 세 번째 큐브가 항상 동일하다고 결정합니다. 그러나 첫 번째 큐빗이 우연히 비트 플립을 사용하여 상태 | 100 + | 011⟩을 생성하면 게이트는 두 쌍의 차이를 감지합니다. 두 번째 큐 비트의 비트 플립의 경우, | 010 + | 101⟩을 산출하는 경우, 패리티 측정 게이트는 첫 번째와 두 번째 큐 비트가 다르고 첫 번째와 세 번째는 동일하며 세 번째 큐 비트 플립이 다음을 나타냅니다. 게이트는 다음을 나타냅니다. 이러한 독특한 결과는 어떤 시정 수술을 수행 해야하는지 보여줍니다. Almheiri는“양자 오류 수정은 마술과 같습니다.
최상의 오류 수정 코드는 일반적으로 나머지가 손상된 경우에도 물리적 큐브의 절반 이상에서 인코딩 된 모든 정보를 복구 할 수 있습니다. 이 사실은 2014 년 Almheiri, Dong 및 Harlow에게 Quantum 오류 교정이 Quantum 얽힘에서 나오는 시트 시절이 발생하는 방식과 관련이있을 수 있다는 것을 암시했습니다.
.광고 공간은“De Sitter”우주의 시공간 형상과 다릅니다. 우리의 우주는 양성 진공 에너지가 주입되어 결속없이 팽창하지 않으며, 안티 데터 공간은 음의 진공 에너지를 가지고있어 M.C. Escher 's Circle Limit 디자인. Escher의 Tessellated 생물은 원의 중심에서 바깥쪽으로 더 작아지고 결국에는 주변에서 사라집니다. 마찬가지로, 광고 공간의 중심에서 방사되는 공간 치수는 점차 줄어들고 결국 사라져 우주의 외부 경계를 확립합니다. 유명한 물리학 자 Juan Maldacena가 내부의 벤디 시공간 직물이 내부의 중력이없는 경계에 살고있는 입자의 양자 이론에 대한“홀로그램 적 이론”이라는 사실을 발견 한 후 1997 년 양자 중력 이론가들 사이에서 인기를 얻었습니다.
수백 명의 물리학자가 지난 20 년 동안 수백 명의 물리학자가 어떻게 작동하는지 탐구 할 때 Almheiri와 동료들은 ADS 공간 내부의 어느 지점이라도 최적의 양자 오류 수정 코드에서와 같이 경계의 절반 이상에서 구성 될 수 있음을 알아 차렸다.
그들의 논문에서 홀로그램 시공간 및 양자 오차 보정은 하나이고 동일하다는 것을 추측하는데, 간단한 코드조차도 2D 홀로그램으로 이해 될 수있는 방법을 설명했다. 그것은 3 개의“Qutrits”(세 상태 중 하나에 존재하는 입자)로 구성됩니다. 얽힌 Qutrits의 얽힌 트리오는 원의 중심의 단일 시공간 지점에 해당하는 하나의 논리적 Qutrit를 인코딩합니다. 코드는 세 Qutrits의 삭제에 대한 요점을 보호합니다.
물론 한 요점은 우주가 아닙니다. 2015 년 Harlow, Preskill, Fernando Pastawski 및 Beni Yoshida는 Happy Code라는 별명을 가진 또 다른 홀로그램 코드를 발견하여 광고 공간의 더 많은 속성을 캡처했습니다. 이 코드 타일은 5면 빌딩 블록의 공간-“작은 Tinkertoys”라고 연구 분야의 리더 인 Stanford University의 Patrick Hayden은 말했다. 각 tinkertoy는 단일 시공간 지점을 나타냅니다. Hayden은“이 타일은 에셔 타일링에서 물고기의 역할을 할 것입니다.
발견 된 행복한 코드 및 기타 홀로그램 오류 수정 체계에서, "얽힘 쐐기"라는 내부 시공간 영역 내부의 모든 내용은 경계의 인접한 영역의 큐 비트로부터 재구성 될 수 있습니다. Hayden은 경계의 겹치는 영역은 양자 컴퓨터의 논리적 큐 비트가 물리적 큐 비트의 여러 하위 집합에서 재현 할 수 있듯이 얽힘 웨지를 겹치게 할 것이라고 말했다. "오류 수정 속성이 들어오는 곳입니다."
Caltech 물리학자인 Preskill은“양자 오류 수정은이 코드 언어의 기하학에 대한보다 일반적인 사고 방식을 제공합니다. 그는 같은 언어가“내 의견으로는보다 일반적인 상황에 적용되어야한다”고 말했다. 그러나 공간 경계가없는 드 시터 공간은 지금까지 홀로그램으로 이해하기가 훨씬 더 어려워졌습니다.
현재 Almheiri, Harlow 및 Hayden과 같은 연구원들은 광고 공간을 고수하고 있으며, 이는 많은 주요 속성을 De Sitter 세계와 공유하지만 공부하기가 더 간단합니다. 두 시공간 형상 모두 아인슈타인의 이론을 준수합니다. 그들은 단순히 다른 방향으로 구부러집니다. 아마도 가장 중요한 것은 두 가지 종류의 우주에는 블랙홀이 포함되어 있다는 것입니다. 매사추세츠 공과 대학 (Massachusetts Institute of Technology)의 물리 조교수 인 할로우 (Harlow)는“중력의 가장 기본적인 특성은 블랙홀이 있다는 것입니다. “이것이 중력을 다른 모든 세력과 다르게 만드는 이유입니다. 그렇기 때문에 양자 중력이 어려운 이유입니다.”
양자 오류 수정 언어는 블랙홀을 설명하는 새로운 방법을 제공했습니다. 블랙홀의 존재는 “에 의해 정의됩니다. Hayden은 다음과 같이 말했습니다 :“오류가 너무 많아서 더 이상 대량 [시공간]에서 무슨 일이 일어나고 있는지 추적 할 수없는 오류가 너무 많으면 블랙홀을 얻을 수 있습니다. 그것은 당신의 무지를위한 싱크와 같습니다.”
블랙홀 인테리어와 관련하여 무지는 항상 풍부합니다. 스티븐 호킹 (Stephen Hawking)의 1974 년 주현절은 블랙홀이 열을 방출하여 결국 증발하여 악명 높은 "블랙홀 정보 역설"을 촉발 시켰으며, 이는 블랙홀이 삼키는 모든 정보에 어떤 일이 일어나는지 묻습니다. 물리학 자들은 블랙홀에 떨어지는 것들이 어떻게 나오는지 이해하기 위해 양자 중력 이론이 필요합니다. 이 문제는 우주론과 우주의 탄생과 관련이있을 수 있습니다. 빅뱅 특이점의 확장은 중력 붕괴와 매우 흡사하기 때문입니다.
광고 공간은 정보 질문을 단순화합니다. 광고 유니버스의 경계는 블랙홀에 빠지는 정보의 모든 것 (블랙홀 및 모든 것)에 대해 홀로그램 적으로 이중적이기 때문에 결코 손실되지 않도록 보장됩니다. 항상 우주의 경계에서 홀로그램으로 인코딩됩니다. 계산에 따르면 경계의 큐 비트에서 블랙홀의 내부에 대한 정보를 재구성하려면 경계의 약 3/4에 걸쳐 얽힌 큐 비트에 액세스해야합니다. Almheiri는“절반 이상이 더 이상 충분하지 않습니다. 그는 3/4의 필요성이 양자 중력에 대해 중요한 말을하는 것처럼 보이지만, 왜 그 분수가 "여전히 열린 질문입니다."
2012 년 Almheiri의 첫 번째 명성 주장에서 키가 크고 얇은 Emirati 물리학 자와 3 명의 협력자는 정보 역설을 심화 시켰습니다. 그들의 추론은 블랙홀의 이벤트 지평선에서“방화벽”을 통해 정보가 처음에 블랙홀에 빠지지 않을 수 있다고 제안했습니다.
대부분의 물리학 자와 마찬가지로 Almheiri는 실제로 블랙홀 방화벽이 존재한다고 믿지 않지만 주변의 길을 찾는 것은 어려운 일이었습니다. 이제 그는 양자 오차 보정이 블랙홀 지평을 가로 지르는 경우에도 정보를 보호함으로써 방화벽이 형성되는 것을 막는 것이라고 생각합니다. 10 월에 나타난 그의 최신 솔로 작업에서 그는 양자 오차 보정이“수평선에서 시공간의 평활성을 유지하는 데 필수적”이라고보고했다. 그는 방화벽을 방지 할뿐만 아니라 양자 오차 보정이 소형 웜홀과 같은 내부와 외부 사이의 얽힘 가닥을 통해 큐 비트가 블랙홀을 피하는 방법이라고 추측합니다. 이것은 호킹의 역설을 해결할 것입니다.
올해 국방부는 적어도 부분적으로 양자 컴퓨터에 대한보다 효율적인 오류 수정 코드를 분사 할 수있는 경우 적어도 부분적으로 홀로그램 시공간에 대한 연구에 자금을 지원하고 있습니다.
물리학 측면에서, 우리와 같은 시터 우주는 큐 비트와 코드의 관점에서 홀로그램으로 설명 될 수 있는지 여부는 여전히 남아 있습니다. Aaronson은“전체 연결은 우리의 세상이 아닌 세상으로 유명합니다. 지난 여름 신문에서, 현재 캘리포니아 대학교, 산타 바바라 (Santa Barbara)와 그의 공동 저자 인 에바 실버스타인 (Eva Silverstein)과 곤잘로 토 로바 (Gonzalo Torroba)는 기본 홀로그램 설명을 시도하면서 데트 시터 방향을 한 단계 더 발전시켰다. 연구원들은 여전히 특정 제안을 연구하고 있지만 Preskill은 양자 오류 수정 언어가 궁극적으로 실제 시공간으로 이어질 것이라고 생각합니다.
"그것은 공간을 함께 붙잡고있는 얽힘입니다."라고 그는 말했습니다. “작은 조각에서 시공간을 함께 짜고 싶다면 올바른 방식으로 얽어야합니다. 그리고 올바른 방법은 양자 오류 수정 코드를 구축하는 것입니다.”
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