Anti-sommerfugleeffekt muliggør ny benchmarking af kvantecomputerens ydeevne

Forskning, der trækker på kvante-"anti-sommerfugle-effekten" løser et mangeårigt eksperimentelt problem i fysik og etablerer en metode til benchmarking af kvantecomputeres ydeevne.

"Ved at bruge den enkle, robuste protokol, vi udviklede, kan vi bestemme, i hvilken grad kvantecomputere effektivt kan behandle information, og det gælder også for tab af information i andre komplekse kvantesystemer," sagde Bin Yan, en kvanteteoretiker ved Los Alamos National Laboratorium.

Yan er den korresponderende forfatter til et papir om benchmarking af informationskryptering, offentliggjort i dag i Physical Review Letters . "Vores protokol kvantificerer informationsforvrængning i et kvantesystem og adskiller det utvetydigt fra falske positive signaler i den støjende baggrund forårsaget af kvantedekohærens," sagde han.

Støj i form af dekohærens sletter al kvanteinformationen i et komplekst system, såsom en kvantecomputer, da den kobles sammen med det omgivende miljø. Information, der kryber gennem kvantekaos, spreder på den anden side information på tværs af systemet, beskytter det og tillader det at blive hentet.

Kohærens er en kvantetilstand, der muliggør kvanteberegning, og dekohærens refererer til tabet af denne tilstand, når information lækker til det omgivende miljø.

"Vores metode, som trækker på den kvante-anti-sommerfugle-effekt, vi opdagede for to år siden, udvikler et system frem og tilbage gennem tiden i en enkelt sløjfe, så vi kan anvende det på ethvert system med tids-reversering af dynamikken, inklusive kvantecomputere og kvantesimulatorer, der bruger kolde atomer," sagde Yan.

Los Alamos-teamet demonstrerede protokollen med simuleringer på IBM cloud-baserede kvantecomputere.

Manglende evne til at skelne dekohærens fra informationsforvrængning har hindret eksperimentel forskning i fænomenet. Først undersøgt i sorthulsfysik har informationsforvrængning vist sig relevant på tværs af en lang række forskningsområder, herunder kvantekaos i mange-kropssystemer, faseovergang, kvantemaskinelæring og kvanteberegning. Eksperimentelle platforme til at studere informationsforvrængning omfatter superledere, fangede ioner og sky-baserede kvantecomputere.

Praktisk anvendelse af kvante-anti-sommerfugle-effekten

Yan og medforfatter Nikolai Sinitsyn offentliggjorde et papir i 2020, der beviste, at udvikling af kvanteprocesser baglæns på en kvantecomputer for at beskadige information i den simulerede fortid forårsager ringe forandring, når den vender tilbage til nutiden. I modsætning hertil udtværer et klassisk fysik-system informationen uigenkaldeligt under frem-og-tilbage-tidsløkken.

Med udgangspunkt i denne opdagelse udviklede Yan, Sinitsyn og medforfatter Joseph Harris, en kandidatstuderende fra University of Edinburgh, som arbejdede på det aktuelle papir som deltager i Los Alamos Quantum Computing Summer School, protokollen. Det forbereder et kvantesystem og subsystem, udvikler hele systemet fremad i tiden, forårsager en ændring i et andet subsystem og udvikler derefter systemet baglæns i samme tid. Måling af overlapningen af ​​information mellem de to delsystemer viser, hvor meget information, der er blevet bevaret ved scrambling, og hvor meget tabt til dekohærens. + Udforsk yderligere

At finde sammenhæng i kvantekaos