在飞行棋游戏中，我们常用抛硬币的方式决定前进的方向。正面？向左走一步。反面？向右走一步。在量子世界中呢？同时向两个方向移动。
这种随机过程被称作“行走者类比”，可以运用于经典算法和量子算法中，帮助研究人员开发人工智能和数据搜索等技术。然而，这种随机性也使量子行走难以控制，令系统的精确设计变得异常困难。
phys.org网站当地时间10月29日报道，日本广岛大学的研究人员通过揭示每个量子步的方向决定机制以及引入控制运动方向的潜在方法，向更加可控的量子行走迈出了一大步。相关结果发表于《科学报告》杂志中。
论文作者、广岛大学研究人员Haruna Katayama介绍道：“为了探索可控性，我们将研究重点放在了决定量子行走行为的‘硬币’上。”
传统理论上，硬币引导行走者在空间中的移动方向只有左或右。而在量子系统中，硬币的可靠性就变得很低了，因为行走者既像单一空间中的一颗粒子，又像一个跨越时间的无限延伸的波。
Katayama说：“我们引入了一种随时间变化的硬币。它以正面或反面着陆的概率会随时间变化。”研究人员发现，这种时间函数硬币可以改变行走者的位置，但行走者的波动特征掩盖了硬币所控制的物理空间的大小。
Katayama接着说：“我们首次成功阐明了两个完全不同的概念具有等价性——硬币概率变化率和波速变化率。这个机制使我们能够在保留随机过程的前提下，通过操纵硬币控制量子行走。这为量子计算等创新性量子信息处理技术提供了核心基础要素。”
研究人员认为，硬币的翻转速度直接影响了波的移速，从而在一定程度上控制了行走者的运动。
Katayama说：“在这一机制下，我们完全能够通过控制抛硬币的速度按意愿‘定制’量子行走。此外，我们还发现可以通过不同的硬币设计实现定制轨迹的量子行走。”
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