Фізики помістили кота Шредінгера у кубик Рубіка — вийшла головоломка з безкінечною кількістю рішень

Кубик Рубіка залишається однією з популярніших головоломок у світі і, схоже, зусиллями фізиків з Університету Колорадо в Боулдері отримує новий вимір.

Зазначається, що науковці створили квантову версію популярної головоломки, замінивши класичні квадратики на квантові частинки. Якщо у класичного кубика Рубіка нараховується близько 43 квінтільйонів можливих варіацій для вирішення головоломки, то квантовий кубик Рубіка пропонує необмежену кількість варіантів. Це досягається за рахунок того, що окремі квантові частинки можуть потрапляти у стан суперпозиції, де одночасно і рухаються, і не рухаються.

Свою ідею розробники перевірили на кубику, що складається з кубоїда лише з двох граней заввишки і завширшки і тільки однієї вглиб. Вирішення головоломки вимагає розміщення двох зелених плиток над двома синіми. Усі частинки одного кольору не відрізняються одна від одної, однак частинки різних кольорів можна відрізнити. Класична головоломка дозволяє 6 варіацій перестановок по горизонталі та вертикалі. У квантовому кубику Рубіка кількість варіацій була скорочена до двох.

Науковці задіяли три різні типи віртуальних гравців для вирішення головоломки з 2 тис. фрагментів. Класичний розв’язувач міг тільки поміняти місцями два сусідні фрагменти. Квантовий розв’язувач міг вводити пари заплутаних фрагментів тільки у стан суперпозиції. Однак комбінація класичного розв’язувача з квантовим дозволяла йому виконувати будь-яку дію кожного разу.

Таким чином комбінований розв’язувач вирішив головоломку у середньому за 4,77 ходи. Квантовому розв’язувачу на це знадобилось 5,32 ходи, а класичному — 5,88. Для вирішення ціє головоломки є 2 способи. Перший — передбачає вимірювання стану частинки і перевірку того, чи рухалась вони, чи ні. Це руйнує стан суперпозиції і перетворює частинку на аналог звичайної грані кубика Рубіка.

У той же час квантовий кубик Рубіка може бути створений з ідентичних одне одному частинок, наприклад, ферміонів. Це призведе до того, що будь-який хід зберігатиме головоломку у найнижчому енергетичному стані. Простір станів являє собою набір усіх можливих конфігурацій системи. Оскільки простір станів і набір дій скінченні, цю версію головоломки можна порівняти з класичними головоломками перестановок, хоча і з дуже дивною геометрією.

Результати дослідження були опубліковані у журналі Physical Review A 

Джерело: ScienceAlert