Simulering af kvantetidsrejser modbeviser sommerfugleeffekten i kvanteriget

Brug af en kvantecomputer til at simulere tidsrejser, forskere har vist, at i kvanteriget, der er ingen "sommerfugleeffekt". I forskningen, information - qubits, eller kvantebits - 'tidsrejse' ind i den simulerede fortid. En af dem er så stærkt beskadiget, som at træde på en sommerfugl, metaforisk set. Overraskende nok, når alle qubits vender tilbage til nutiden, ' de fremstår stort set uændrede, som om virkeligheden er selvhelbredende.

"På en kvantecomputer, der er ingen problemer med at simulere modsat-i-tid udvikling, eller simulering af at køre en proces baglæns ind i fortiden, sagde Nikolaj Sinitsyn, en teoretisk fysiker ved Los Alamos National Laboratory og medforfatter af papiret sammen med Bin Yan, en post doc i Center for Ikke-lineære Studier, også i Los Alamos. "Så vi kan faktisk se, hvad der sker med en kompleks kvanteverden, hvis vi rejser tilbage i tiden, tilføje små skader, og vende tilbage. Vi fandt ud af, at vores verden overlever, hvilket betyder, at der ikke er nogen sommerfugleeffekt i kvantemekanikken."

I Ray Bradburys science fiction-historie fra 1952, "En lyd af torden, "en karakter brugte en tidsmaskine til at rejse til den dybe fortid, hvor han trådte på en sommerfugl. Ved tilbagevenden til nutiden, han fandt en anden verden. Denne historie er ofte krediteret med at opfinde udtrykket "sommerfugleeffekt, "som refererer til den ekstremt høje følsomhed af et kompleks, dynamisk system til dets begyndelsesbetingelser. I et sådant system, tidlig, Små faktorer har fortsat stor indflydelse på hele systemets udvikling.

I stedet, Yan og Sinitsyn fandt ud af, at simulering af en tilbagevenden til fortiden for at forårsage små lokal skader i et kvantesystem kun fører til små, ubetydelig lokal skade i nutiden.

Denne effekt har potentielle anvendelser i informationsskjulende hardware og test af kvanteinformationsenheder. Information kan skjules af en computer ved at konvertere den oprindelige tilstand til en stærkt sammenfiltret tilstand.

"Vi fandt ud af, at selvom en ubuden gæst udfører tilstandsskadelige målinger på den stærkt sammenfiltrede tilstand, vi kan stadig nemt gendanne de nyttige oplysninger, fordi denne skade ikke forstørres af en afkodningsproces, " sagde Yan. "Dette retfærdiggør samtaler om at skabe kvantehardware, der vil blive brugt til at skjule information."

Denne nye opdagelse kunne også bruges til at teste, om en kvanteprocessor er, faktisk, arbejder efter kvanteprincipper. Da den nyfundne ingen-sommerfugl-effekt er rent kvante, hvis en processor kører Yan og Sinitsyns system og viser denne effekt, så må det være en kvanteprocessor.

For at teste sommerfugleeffekten i kvantesystemer, Yan og Sinitsyn brugte teori og simuleringer med IBM-Q kvanteprocessoren til at vise, hvordan et kredsløb kunne udvikle et komplekst system ved at anvende kvanteporte, med frem og tilbage årsag og virkning.

Presto, en kvante-tidsmaskine-simulator.

I holdets eksperiment, Alice, et yndet stand-in-middel, der bruges til kvantetankeeksperimenter, forbereder en af ​​hendes qubits i nutiden og kører den baglæns gennem kvantecomputeren. I den dybe fortid, en ubuden gæst – Bob, en anden favorit stand-in-måler Alice's qubit. Denne handling forstyrrer qubit og ødelægger alle dens kvantekorrelationer med resten af ​​verden. Næste, systemet køres frem til nuværende tidspunkt.

Ifølge Ray Bradbury, Bobs lille skade på staten og alle disse sammenhænge i fortiden bør hurtigt forstørres under den komplekse fremad-i-tid-evolution. Derfor, Alice burde ikke være i stand til at gendanne sine oplysninger til sidst.

Men det er ikke det, der skete. Yan og Sinitsyn fandt ud af, at det meste af den nuværende lokale information var skjult i den dybe fortid i form af i det væsentlige kvante-korrelationer, der ikke kunne blive beskadiget af mindre manipulation. De viste, at informationen vender tilbage til Alices qubit uden stor skade på trods af Bobs indblanding. Modsat, til dybere rejser til fortiden og til større "verdener, "Alices sidste information vender tilbage til hende endnu mindre beskadiget.

"Vi fandt ud af, at begrebet kaos i klassisk fysik og i kvantemekanik skal forstås forskelligt, " sagde Sinitsyn.