Ніби звичайний недостатньо складний: вчені створили квантовий Кубик Рубика

Є два типи людей: ті, які ніколи в житті не змогли скласти Кубик Рубика; і ті, які складають його за кілька секунд. Ну добре, є трохи більше типів людей у цьому плані, але більшість погодиться, що Кубик Рубика – це доволі складна головоломка. Проте вченим вдалось її значно ускладнити, створивши квантовий Кубик Рубика. І скласти його не зможе звичайний спідкубер (хіба що квантовий).

• Вчені довели, що армія шимпанзе не змогла б написати творів Шекспіра: це справді вартувало перевірки

Деталі

Група фізиків та математиків з Університету Колорадо Боулдер створили квантовий Кубик Рубика в межах парі. У науковій статті, яка поки не рецензована, вчені зазначають:

Щоб створити квантову головоломку, ми замінимо шматочки квантовими частинками. Один вид ідентичних частинок замінить усі сині квадрати і так далі для всіх інших кольорів. Усі частинки одного "кольору" не можна буде відрізнити одна від одної, але всі частинки різних кольорів будуть помітні. Оскільки частини переставляються, ми повинні правильно врахувати статистику обміну ідентичних частинок.

Команда скоротила кількість очевидних можливих рухів лише до двох: обертання по осі z і обертання по осі x – будь-який інший рух можна побудувати різними комбінаціями цих рухів. Таким чином ми маємо класичний кубик Рубика, який можна скласти за кілька ходів. Але тепер усе стає цікавіше.

Є ще один хід, який можна виконати в цій версії гри – і це можливо лише завдяки квантовому налаштуванню. Команда пише, що це "квадратний корінь із перестановки", і на практиці це означає наступне: у квантовому Кубику Рубика сторони можуть рухатися і не рухатися одночасно.

У звичайному Кубику Рубика (шість граней по дев’ять квадратів у кожній) існує 43 квінтильйони способів скласти головоломку. При цьому є доволі багато людей, які можуть вирішити головоломку за кілька секунд.

Однак у квантовій версії доведеться витратити більше часу. Один з авторів дослідження зазначає, що міг дати квантовий Кубик Рубика, який перемішаний так, що для його вирішення потрібно 20 мільйонів ходів.

У квантового Кубика Рубика існує нескінченна кількість можливих станів – ця властивість робить його значно складнішим за звичну головоломку. Але чи означає це, що вона абсолютно нерозв’язна?

Є два шляхи розв'язання цієї головоломки: по-перше, ви можете просто виміряти, в якому стані перебуває частинка – перевірити, рухалася вона чи ні. Подібно до бідолашного кота Шредінгера, це згорне суперпозицію, змусивши частинку поводитися як звичайна грань куба.

Крім того, ви можете зробити те, що трохи схоже на махлювання. Якщо ви робите свій куб із певних особливих частинок (наприклад, ідентичних ферміонів) тоді будь-який ваш рух утримуватиме головоломку в стані найнижчої енергії. За словами вчених, таке обмеження призведе до дискретного (але великого) простору станів. Дослідники підкреслююь:

Оскільки простір станів і набір дій є скінченними, ці версії головоломок можна відобразити на класичні головоломки перестановки. Хоча і з дуже дивною геометрією.

Раніше ми повідомляли, що у США старшокласниці запропонували "неможливе" доведення 2000-річного математичного правила.