На сайте Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) размещена интересная статья Anti-butterfly effect enables new benchmarking of quantum-computer performance.

Запуск квантовой системы назад, а затем вперед во времени позволяет отличить утечку информации от желательного скремблирования информации.

Исследование квантового «эффекта анти-бабочки» решает давнюю экспериментальную проблему в физике и устанавливает метод сравнительного анализа производительности квантовых компьютеров.

Из фантастических произведений мы знаем, что даже незначительные изменения в прошлом кардинально меняют будущее (пресловутый эффект бабочки). В научной теории хаоса эффект бабочки — это чувствительная зависимость от начальных условий, при которой небольшое изменение в одном состоянии детерминированной нелинейной системы может привести к большим различиям в более позднем состоянии. В науке впервые "эффект бабочки" был рассмотрен в 1963 г. в статье E. N. Lorenz "Deterministic Nonperiodic Flow", Journal of the Atmospheric Sciences (1963), Vol. 20 (2): 130–141, в применении к атмосферным явлениям.

В 2022 г. учёные с помощью «эффекта анти-бабочки» показали, что квантовая система может быть устойчивой к изменениям в прошлом.

Используя простой и надежный протокол можно определить степень, в которой квантовые компьютеры могут эффективно обрабатывать информацию, и это также применимо к потере информации в других сложных квантовых системах. Этот протокол количественно определяет скремблирование информации в квантовой системе и однозначно отличает его от поддельных положительных сигналов на шумовом фоне, вызванном квантовой декогеренцией. 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.

Предложенный метод, основанный на квантовом эффекте анти-бабочки, развивает систему вперед и назад во времени в едином цикле, поэтому он может быть применен к любой системе с обращенной во времени динамикой, включая квантовые компьютеры и квантовые симуляторы, использующие холодные атомы. Протокол продемонстрирован 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.

В 2020 году в статье было показано, 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 временной петле туда-сюда.

Ссылки на публикации:

Benchmarking Information Scrambling, by Joseph Harris, Bin Yan and Nikolai Sinitsyn, in Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.050602.

Bin Yan and Nikolai A. Sinitsyn. Recovery of Damaged Information and the Out-of-Time-Ordered Correlators, Phys. Rev. Lett. 125, 040605 (2020); DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.040605.