Evoluția proceselor cuantice înapoi pe un computer cuantic pentru a deteriora informațiile din trecutul simulat provoacă puține schimbări atunci când se întoarce la „prezent”

Folosind un computer cuantic pentru a simula călătoria în timp, cercetătorii au demonstrat că, în tărâmul cuantic, nu există „efect fluture”. În cercetare, informațiile - qubiți sau biți cuantici - „călătorie în timp” în trecutul simulat. Unul dintre ei este apoi grav deteriorat, ca și cum ai călca un fluture, metaforic vorbind. În mod surprinzător, când toți qubitii se întorc la „prezent”, aceștia par în mare parte nealterați, ca și cum realitatea se autovindeca.

timp

„Pe un computer cuantic, nu există nicio problemă la simularea evoluției opuse în timp sau la simularea derulării unui proces înapoi în trecut”, a spus Nikolai Sinitsyn, fizician teoretic la Laboratorul Național Los Alamos și coautor al lucrării cu Bin Yan, un post doc în Centrul pentru Studii Neliniare, tot la Los Alamos. "Deci, putem vedea de fapt ce se întâmplă cu o lume cuantică complexă dacă călătorim înapoi în timp, adăugăm mici daune și ne întoarcem. Am descoperit că lumea noastră supraviețuiește, ceea ce înseamnă că nu există nici un efect de fluture în mecanica cuantică".

În povestea științifico-fantastică din 1952 a lui Ray Bradbury, „Un sunet de tunet”, un personaj a folosit o mașină a timpului pentru a călători în trecutul adânc, unde a călcat pe un fluture. La întoarcerea în timpul prezent, a găsit o lume diferită. Această poveste este adesea creditată cu inventarea termenului „efect de fluture”, care se referă la sensibilitatea extrem de ridicată a unui sistem complex și dinamic la condițiile sale inițiale. Într-un astfel de sistem, factorii mici timpurii continuă să influențeze puternic evoluția întregului sistem.

În schimb, Yan și Sinitsyn au descoperit că simularea întoarcerii în trecut pentru a provoca daune locale mici într-un sistem cuantic duce la daune locale mici și nesemnificative în prezent.

Acest efect are aplicații potențiale în hardware-ul de ascundere a informațiilor și testarea dispozitivelor cuantice de informații. Informațiile pot fi ascunse de un computer prin conversia stării inițiale într-una puternic încurcată.

"Am constatat că, chiar dacă un intrus efectuează măsurători dăunătoare stării asupra stării puternic încurcate, putem totuși recupera cu ușurință informațiile utile, deoarece aceste daune nu sunt mărite de un proces de decodificare", a spus Yan. „Acest lucru justifică discuțiile despre crearea de hardware cuantic care va fi folosit pentru a ascunde informații.”

Această nouă descoperire ar putea fi utilizată și pentru a testa dacă un procesor cuantic funcționează, de fapt, după principiile cuantice. Deoarece efectul nou-găsit fără fluture este pur cuantic, dacă un procesor rulează sistemul lui Yan și Sinitsyn și arată acest efect, atunci acesta trebuie să fie un procesor cuantic.

Pentru a testa efectul fluture în sistemele cuantice, Yan și Sinitsyn au folosit teoria și simulările cu procesorul cuantic IBM-Q pentru a arăta cum un circuit ar putea evolua un sistem complex prin aplicarea porților cuantice, cu cauză și efect înainte și înapoi.

Presto, un simulator cuantic al mașinii timpului.

În experimentul echipei, Alice, un agent de rezervă preferat folosit pentru experimentele cuantice de gândire, pregătește unul dintre qubiturile ei în timpul prezent și îl rulează înapoi prin computerul cuantic. În trecutul adânc, un intrus - Bob, un alt favorit în locul lui - măsoară chipul lui Alice. Această acțiune deranjează qubitul și distruge toate corelațiile sale cuantice cu restul lumii. Apoi, sistemul este rulat înainte până în prezent.

Potrivit lui Ray Bradbury, micile daune ale lui Bob asupra statului și toate acele corelații din trecut ar trebui mărite rapid în timpul evoluției complexe înainte-în-timp. Prin urmare, Alice nu ar trebui să-și poată recupera informațiile la final.

Dar nu asta s-a întâmplat. Yan și Sinitsyn au descoperit că majoritatea informațiilor locale actuale erau ascunse în trecutul adânc sub forma unor corelații esențial cuantice care nu puteau fi deteriorate de o manipulare minoră. Au arătat că informația se întoarce la chit-ul lui Alice fără prea multe daune, în ciuda interferenței lui Bob. Contraintuitiv, pentru călătorii mai profunde în trecut și pentru „lumi mai mari”, informațiile finale ale lui Alice îi revin și mai puțin deteriorate.

„Am constatat că noțiunea de haos în fizica clasică și în mecanica cuantică trebuie înțeleasă diferit”, a spus Sinitsyn.