Bron: New Scientist | Methode: Herschreven
Origineel: “Quantum neural network may be able to cheat the uncertainty principle”
Calculations show that injecting randomness into a quantum neural network could help it determine properties of quantum objects that are otherwise fundamentally hard to access
Wetenschappers hebben mogelijk een doorbraak gerealiseerd die een van de fundamentele beperkingen van de quantumfysica zou kunnen overwinnen. Onderzoekers werken aan een quantumversie van een neuraal netwerk dat het beroemde onzekerheidsbeginsel van Heisenberg zou kunnen omzeilen.
**Het onzekerheidsbeginsel als hindernis**
Het onzekerheidsbeginsel van Heisenberg vormt al bijna een eeuw een van de hoekstenen van de quantumfysica. Dit principe stelt duidelijke grenzen aan hoe nauwkeurig we bepaalde eigenschappen van quantumobjecten tegelijkertijd kunnen meten. De wet bepaalt dat sommige quantumeigenschappen van objecten simpelweg niet gelijktijdig met absolute precisie gemeten kunnen worden.
Een klassiek voorbeeld hiervan is de meting van quantumdeeltjes. Wanneer onderzoekers de impuls van een quantumdeeltje extreem nauwkeurig meten, zal een daaropvolgende meting van de positie slechts een benaderende waarde opleveren. Deze fundamentele beperking heeft tot nu toe geleid tot uitdagingen in verschillende wetenschappelijke toepassingen.
**Praktische gevolgen voor onderzoek**
Deze beperkingen hebben concrete gevolgen voor wetenschappelijk onderzoek, met name in de scheikunde en materiaalkunde. Wanneer onderzoekers bijvoorbeeld willen voorspellen welke eigenschappen een chemisch nuttige molecule over een uur of morgen zal hebben, moeten zij beginnen met het meten van de huidige eigenschappen van die molecule.
Voor quantumobjecten, waaronder bepaalde moleculen, blijkt dit echter onverwacht moeilijk. Het probleem ligt in het feit dat elke meting kan interfereren met of de uitkomst van de volgende meting kan veranderen. Deze verstoring maakt het uitdagend om betrouwbare voorspellingen te doen over het gedrag van quantumsystemen.
**Quantumcomputers als oplossing**
De ontwikkeling van quantumcomputers heeft nieuwe mogelijkheden geopend om deze uitdagingen aan te pakken. Deze geavanceerde systemen zouden kunnen profiteren van een alternatieve route rond het onzekerheidsbeginsel van Heisenberg. Door gebruik te maken van de unieke eigenschappen van quantumcomputing, hopen wetenschappers de traditionele beperkingen te kunnen overwinnen.
De onderzoekers hebben zich specifiek gericht op de ontwikkeling van een quantumversie van een neuraal netwerk. Neurale netwerken zijn al bewezen technieken in de klassieke computerwereld, waar ze worden gebruikt voor patroonherkenning, voorspellingen en complexe dataanalyse. De quantumvariant zou deze mogelijkheden kunnen uitbreiden naar het quantumdomein.
**Implicaties voor de toekomst**
Deze potentiële doorbraak zou verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor verschillende wetenschappelijke disciplines. In de scheikunde zou het onderzoekers in staat kunnen stellen om moleculaire eigenschappen nauwkeuriger te voorspellen, wat cruciaal is voor de ontwikkeling van nieuwe materialen en medicijnen.
Bovendien zou deze technologie de capaciteiten van quantumcomputers aanzienlijk kunnen uitbreiden. Door de beperkingen van het onzekerheidsbeginsel te omzeilen, zouden quantumsystemen mogelijk complexere berekeningen kunnen uitvoeren en nauwkeurigere metingen kunnen verrichten.
**Uitdagingen en beperkingen**
Hoewel deze ontwikkeling veelbelovend is, bevinden de onderzoekers zich nog in de experimentele fase. Het daadwerkelijk implementeren van een quantumneuraal netwerk dat het onzekerheidsbeginsel kan omzeilen, vereist nog aanzienlijke technische vooruitgang. De complexiteit van quantumsystemen en de gevoeligheid van quantumtoestanden voor externe verstoringen blijven belangrijke uitdagingen.
**Vooruitblik**
Deze onderzoekslijn toont de voortdurende evolutie aan in ons begrip van quantummechanica en de praktische toepassingen ervan. Terwijl het onzekerheidsbeginsel van Heisenberg lange tijd werd beschouwd als een onoverkomelijke beperking, suggereren deze nieuwe ontwikkelingen dat creatieve benaderingen mogelijk alternatieve wegen kunnen bieden. De combinatie van quantumcomputing en neurale netwerktechnologie opent deuren naar toepassingen die voorheen ondenkbaar waren, met mogelijke doorbraken in wetenschappelijk onderzoek en technologische innovatie.