Бин Ян, показанный здесь, Николай Синицын и Джозеф Харрис разработали новый метод, который определяет, сколько информации теряется из квантовой системы в результате декогеренции и сколько сохраняется в результате скремблирования информации. Предоставлено: Лос-Аламосская национальная лаборатория.

Ян является соответствующим автором статьи о сравнительном анализе скремблирования информации, опубликованной сегодня в Physical Review Letters. «Наш протокол количественно определяет скремблирование информации в квантовой системе и однозначно отличает его от фальшивых положительных сигналов на шумном фоне, вызванном квантовой декогеренцией», — сказал он.

Шум в форме декогеренции стирает всю квантовую информацию в сложной системе, такой как квантовый компьютер, когда она взаимодействует с окружающей средой. С другой стороны, информация, пробирающаяся через квантовый хаос, распространяет информацию по системе, защищая ее и позволяя получить ее.

Когерентность — это квантовое состояние, которое делает возможными квантовые вычисления, а декогерентность — это потеря этого состояния при утечке информации в окружающую среду.

«Наш метод, основанный на квантовом эффекте анти-бабочки, который мы открыли два года назад, развивает систему вперед и назад во времени в едином цикле, поэтому мы можем применить его к любой системе с обращенной во времени динамикой, включая квантовые компьютеры. и квантовые симуляторы, использующие холодные атомы», — сказал Ян.

Команда из Лос-Аламоса продемонстрировала протокол с помощью моделирования на облачных квантовых компьютерах IBM.

Неспособность отличить декогерентность от скремблирования информации загнала в угол экспериментальные исследования этого явления. Скремблирование информации, впервые изученное в физике черных дыр, оказалось актуальным в широком спектре областей исследований, включая квантовый хаос в системах многих тел, фазовый переход, квантовое машинное обучение и квантовые вычисления. Экспериментальные платформы для изучения скремблирования информации включают сверхпроводники, захваченные ионы и облачные квантовые компьютеры.

Практическое применение квантового эффекта антибабочки

Ян и его соавтор Николай Синицын опубликовали в 2020 году статью, доказывающую, что развитие квантовых процессов в обратном направлении на квантовом компьютере с целью повреждения информации в смоделированном прошлом мало что меняет при возвращении в настоящее. Напротив, система классической физики безвозвратно искажает информацию во время временной петли туда-сюда.

Основываясь на этом открытии, Ян, Синицын и соавтор Джозеф Харрис, аспирант Эдинбургского университета, который работал над текущей статьей в качестве участника летней школы квантовых вычислений в Лос-Аламосе, разработали протокол. Он подготавливает квантовую систему и подсистему, развивает всю систему вперед во времени, вызывает изменение в другой подсистеме, а затем развивает систему в обратном направлении в течение того же периода времени. Измерение перекрытия информации между двумя подсистемами показывает, сколько информации было сохранено при скремблировании и сколько потеряно из-за декогеренции .