欧拉留下240年以上的问题,通过物理学的家庭用量子力学解决的量子比特,
现在连数学达人也不得不佩服这句话。因为他的谜题现在已经被量子力学解决啦。
240多年前,欧拉提出36军官问题:
你有熟悉的味道吗。是不是有点像数独游戏。
经过数学家的不断努力,欧拉36军官问题最终得到了证明——不可能。不凑巧换成5的话×5或7×如果自然数大于2而不是7或6,则此问题将全部解决。
△ 5×5拉丁方阵的一个解(图源:Quanta Magazine)
但是,在量子世界中×6题这个“异类”也解开了。
既然量子军官无法在经典的世界里解决,物理学家们就“歪头”了。如果6名军官是“量子军官”,问题能解决嘛。
假设36军官处于量子叠加状态
这就像薛定谔猫一样,可以同时处于死亡和生存的状态。
他们制作了量子版本的数独SudoQ,用9个相互垂直的矢量代替9个数。这个量子数独也有解。这给后世的人们提供了解决问题的启示。
从古典到最接近量子,“印度理工学院”和“波兰贾吉隆大学”的量子物理学家们沿着量子数独的指向,找到了“欧拉”问题的答案。
为了方便交谈,我开始用扑克牌来表达军官。牌面点数A、K、Q、J、10、9代表军团;表示颜色、、、、头衔。
▲用扑克牌表现36军官问题(图源:Quanta Magazine)
每个格子不仅可以放入扑克牌,还可以放入两张扑克牌的量子纠缠状态。
如果A和K纠缠在一起,无论这个状态如何重叠,只要观察A的颜色是这样的,就能马上知道K的颜色是这样的。
因为纠缠的这种特殊性产生了更多的可能性。
量子军官存在大量的纠缠状态,计算量过于庞大,因此必须依靠计算机的帮助。
物理学家首先找到了6×6经典序列的近似解,即一列或一列中只有少量重复点数和颜色。
然后,计算机开始暴力地寻求解答,修复第一行,然后这样类推。反复多次直到接近真正的解。最后,有人找到了其中合适的模式,用手填写了剩下的格子,找到了解:
◆36军官问题一解
论文作者之一、阮奈印度工业学院物理学家Suhail Rather说,他们的解具有军官军团只与相邻军团纠缠的特点。
更奇怪的是,块中两种量子态的系数比,即量子态的加权,正好是著名的金分割比0.618。
你可能会问问题,而不仅仅是游戏,解决这个问题有什么用呐。
其实,这不仅仅是一个游戏,它在量子计算中起着至关重要的作用。
该问题的解被称为绝对最大纠缠态(AME),它是一个量子态序列,在量子纠错中是重要的。
以前,科学家从经典纠错码开始,找到类似的量子纠错码来设计其他AME。
但是欧拉36军官问题中发现的AME不同,没有经典的加密模拟。
因此,论文的另一作者Adam Burchardt认为,他们甚至创造了新的量子纠错码。
参考链接:[1]https://www.quantamagazine.org/eulers-243-year-old-impossible-puzzle-gets-a-quantum-solution-20220110/[2]https://arxiv.org/abs/2104.05122[3]https://arxiv.org/abs/2005.10862