Forskare har bevisat att även avancerade kvantdatorer kan misslyckas med att identifiera vissa exotiska kvantfaser av materia, och beskriver det som en 'mardrömsscenario.' Detta fynd belyser potentiella gränser i kvantberäkning trots dess löften. Forskningen, ledd av Thomas Schuster vid Caltech, kopplar kvantinformationsvetenskap med fysikens grundprinciper.
Kvantdatorer lovar att lösa komplexa problem snabbare än klassiska maskiner, men en ny studie avslöjar scenarier där de kan misslyckas dramatiskt. Thomas Schuster vid California Institute of Technology och hans kollegor analyserade matematiskt en uppgift där en kvantdator tar emot mätningar av ett kvanttillstånd och måste bestämma dess fas. För vardagliga material som vatten är det enkelt att skilja faser som fast eller flytande. För exotiska kvantfaser — släktingar till is och vatten som inkluderar 'topologiska' faser med ovanliga elektriska strömmar — blir beräkningen omöjligt krävande.
Teamet bevisade att i dessa fall kan en kvantdator kräva miljarder eller biljoner år för att slutföra beräkningen, liknande ett experiment som kör en instrument i åldrar. Schuster beskriver dessa som ett 'mardrömsscenario som skulle vara mycket dåligt om det uppstår. Det uppstår troligen inte, men vi bör förstå det bättre.' Han betonar att sådana faser är osannolika i verkliga experiment med material eller kvantapparater, och positionerar arbetet som en diagnostik för luckor i kvantberäkningsteori snarare än ett praktiskt hinder.
Bill Fefferman vid University of Chicago ser detta som en bredare insikt: 'Detta kan säga något om beräkningens gränser i stort, att trots dramatiska hastighetsökningar för vissa specifika uppgifter kommer det alltid att finnas uppgifter som fortfarande är för svåra även för effektiva kvantdatorer.' Studien broar kvantinformationsvetenskap, som används i kryptografi, med kärnfysik av materia, och kan potentiellt avancera båda fälten. Framöver planerar forskarna att undersöka mer energirika, exciterade kvantfaser, som ställer ännu större beräkningsutmaningar.
Resultaten beskrivs i detalj i ett preprint på arXiv (DOI: 10.48550/arXiv.2510.08503).