Bin Yan, mostrato qui, Nikolai Sinitsyn e Joseph Harris hanno sviluppato un nuovo metodo che determina quanta informazione viene persa da un sistema quantistico a causa della decoerenza e quanta viene preservata attraverso lo scrambling delle informazioni. Credito:Los Alamos National Laboratory
La ricerca basata sull'"effetto anti-farfalla" quantistico risolve un problema sperimentale di lunga data in fisica e stabilisce un metodo per confrontare le prestazioni dei computer quantistici.
"Utilizzando il protocollo semplice e robusto che abbiamo sviluppato, possiamo determinare il grado in cui i computer quantistici possono elaborare efficacemente le informazioni e si applica anche alla perdita di informazioni in altri sistemi quantistici complessi", ha affermato Bin Yan, un teorico quantistico al Los Alamos National Laboratorio.
Yan è l'autore corrispondente di un documento sul benchmarking delle informazioni scrambling, pubblicato oggi in Physical Review Letters . "Il nostro protocollo quantifica lo scrambling delle informazioni in un sistema quantistico e lo distingue inequivocabilmente dai falsi segnali positivi sullo sfondo rumoroso causato dalla decoerenza quantistica", ha affermato.
Il rumore sotto forma di decoerenza cancella tutte le informazioni quantistiche in un sistema complesso come un computer quantistico mentre si accoppia con l'ambiente circostante. Le informazioni che rimescolano attraverso il caos quantistico, d'altra parte, diffondono le informazioni attraverso il sistema, proteggendole e consentendone il recupero.
La coerenza è uno stato quantistico che consente il calcolo quantistico e la decoerenza si riferisce alla perdita di quello stato quando le informazioni si diffondono nell'ambiente circostante.
"Il nostro metodo, che si basa sull'effetto quantistico anti-farfalla che abbiamo scoperto due anni fa, fa evolvere un sistema avanti e indietro nel tempo in un unico ciclo, quindi possiamo applicarlo a qualsiasi sistema con inversione temporale della dinamica, compresi i computer quantistici e simulatori quantistici che utilizzano atomi freddi", ha affermato Yan.
Il team di Los Alamos ha dimostrato il protocollo con simulazioni su computer quantistici IBM basati su cloud.
L'incapacità di distinguere la decoerenza dalla confusione delle informazioni ha ostacolato la ricerca sperimentale sul fenomeno. Studiato per la prima volta nella fisica dei buchi neri, lo scrambling delle informazioni si è rivelato rilevante in un'ampia gamma di aree di ricerca, tra cui il caos quantistico nei sistemi a molti corpi, la transizione di fase, l'apprendimento automatico quantistico e il calcolo quantistico. Le piattaforme sperimentali per lo studio dello scrambling delle informazioni includono superconduttori, ioni intrappolati e computer quantistici basati su cloud.
Applicazione pratica dell'effetto quantistico anti-farfalla
Yan e il coautore Nikolai Sinitsyn hanno pubblicato un articolo nel 2020 dimostrando che l'evoluzione dei processi quantistici all'indietro su un computer quantistico per danneggiare le informazioni nel passato simulato provoca pochi cambiamenti quando ritorna al presente. Al contrario, un sistema di fisica classica imbratta le informazioni in modo irrecuperabile durante il loop temporale avanti e indietro.
Basandosi su questa scoperta, Yan, Sinitsyn e il coautore Joseph Harris, uno studente laureato dell'Università di Edimburgo che ha lavorato all'attuale articolo come partecipante alla Los Alamos Quantum Computing Summer School, hanno sviluppato il protocollo. Prepara un sistema quantistico e un sottosistema, fa evolvere l'intero sistema in avanti nel tempo, provoca un cambiamento in un sottosistema diverso, quindi fa evolvere il sistema all'indietro per la stessa quantità di tempo. La misurazione della sovrapposizione di informazioni tra i due sottosistemi mostra quanta informazione è stata preservata dal rimescolamento e quanta persa per la decoerenza. + Esplora ulteriormente
