Моделювання квантової "подорожі в часі" спростовує ефект метелика в квантовій сфері

Еволюція квантових процесів назад на квантовому комп’ютері для пошкодження інформації в модельованому минулому не спричиняє незначних змін при поверненні до „сьогодення”

За допомогою квантового комп’ютера для імітації подорожей у часі дослідники продемонстрували, що в квантовій царині не існує «ефекту метелика». У дослідженні інформація - кубіти або квантові біти - "подорож у часі" в модельоване минуле. Потім один із них сильно пошкоджується, як наступаючи на метелика, метафорично кажучи. Дивно, але коли всі кубіти повертаються до "сьогодення", вони здаються в основному незмінними, ніби реальність самовиліковується.

"На квантовому комп'ютері немає жодної проблеми з імітацією еволюції, протилежної в часі, або моделюванням запуску процесу в минуле", - сказав Микола Синіцин, фізик-теоретик з Національної лабораторії Лос-Аламоса, співавтор статті разом із Бен Яном. докторант в Центрі нелінійних досліджень, також у Лос-Аламосі. "Отже, ми можемо побачити, що відбувається зі складним квантовим світом, якщо ми подорожуємо в минуле, додаємо невеликих збитків і повертаємося. Ми виявили, що наш світ виживає, а це означає, що в квантовій механіці немає ефекту метелика".

У науково-фантастичній оповіді Рея Бредбері 1952 року "Звук грому" персонаж використав машину часу для подорожі в глибоке минуле, де наступив на метелика. Повернувшись до теперішнього часу, він знайшов інший світ. Цій історії часто приписують термін "ефект метелика", який стосується надзвичайно високої чутливості складної динамічної системи до її початкових умов. У такій системі ранні малі фактори надалі сильно впливають на еволюцію всієї системи.

Натомість Ян та Синіцин виявили, що моделювання повернення в минуле, щоб завдати невеликих локальних збитків у квантовій системі, призводить до лише незначних, незначних локальних збитків у теперішньому часі.

Цей ефект має потенційне застосування в обладнанні, що приховує інформацію, та тестуванні квантових інформаційних пристроїв. Інформація може бути прихована комп’ютером шляхом перетворення початкового стану в сильно заплутаний.

"Ми виявили, що навіть якщо зловмисник проводить виміри, що пошкоджують стан, в сильно заплутаному стані, ми все одно можемо легко відновити корисну інформацію, оскільки ця шкода не збільшується в процесі декодування", - сказав Ян. "Це виправдовує розмови про створення квантового обладнання, яке буде використовуватися для приховування інформації".

Цю нову знахідку можна також використовувати для перевірки того, чи насправді квантовий процесор працює за квантовими принципами. Оскільки новий знайдений ефект без метелика є суто квантовим, якщо процесор запускає систему Яна і Синіцина і показує цей ефект, то це повинен бути квантовий процесор.

Для тестування ефекту метелика в квантових системах Ян і Синіцин використовували теорію та моделювання з квантовим процесором IBM-Q, щоб показати, як схема може розвинути складну систему, застосовуючи квантові затвори, з прямими і зворотними причинами та наслідками.

Presto, квантовий симулятор машини часу.

В експерименті команди Аліса, улюблений агент, що використовується, для експериментів з квантовою думкою, готує один із своїх кубітів в даний час і запускає його назад через квантовий комп'ютер. У глибокому минулому зловмисник - Боб, ще один улюблений фанат - вимірює кубіт Аліси. Ця дія порушує кубіт і руйнує всі його квантові кореляції з рештою світу. Далі система запускається вперед до теперішнього часу.

За словами Реда Бредбері, невеликий збиток державі та всі ці кореляційні зв'язки в минулому повинні бути швидко збільшені під час складної еволюції вперед. Отже, Аліса не зможе відновити свою інформацію в кінці.

Але сталося не те. Ян та Синіцин виявили, що більшість місцевої інформації, що зараз є, була прихована у глибокому минулому у вигляді по суті квантових кореляцій, які не могли бути пошкоджені незначним втручанням. Вони показали, що інформація повертається до кубіту Аліси без особливих збитків, незважаючи на втручання Боба. Контрінтуїтивно, для глибших подорожей у минуле та для більших "світів" остаточна інформація Аліси повертається до неї ще менш пошкодженою.

"Ми виявили, що поняття хаосу в класичній фізиці та в квантовій механіці слід розуміти по-різному", - сказав Синіцин.