Bin Yan, som visas här, Nikolai Sinitsyn och Joseph Harris utvecklade en ny metod som bestämmer hur mycket information som går förlorad från ett kvantsystem till dekoherens och hur mycket som bevaras genom informationsförvrängning. Kredit:Los Alamos National Laboratory
Forskning som bygger på kvant-"anti-fjärilseffekten" löser ett långvarigt experimentellt problem inom fysiken och etablerar en metod för benchmarking av kvantdatorers prestanda.
"Med det enkla, robusta protokoll vi utvecklat kan vi bestämma i vilken grad kvantdatorer effektivt kan bearbeta information, och det gäller även informationsförlust i andra komplexa kvantsystem", säger Bin Yan, en kvantteoretiker vid Los Alamos National Laboratorium.
Yan är motsvarande författare till en artikel om benchmarking av informationsförvrängning, publicerad idag i Physical Review Letters . "Vårt protokoll kvantifierar informationsförvrängning i ett kvantsystem och skiljer den otvetydigt från falska positiva signaler i den brusiga bakgrunden som orsakas av kvantdekoherens", sa han.
Brus i form av dekoherens raderar all kvantinformation i ett komplext system som en kvantdator när den kopplas ihop med den omgivande miljön. Information som klättrar genom kvantkaos sprider å andra sidan information över systemet, skyddar den och gör att den kan hämtas.
Koherens är ett kvanttillstånd som möjliggör kvantberäkning, och dekoherens hänvisar till förlusten av det tillståndet när information läcker ut till den omgivande miljön.
"Vår metod, som bygger på kvantantifjärilseffekten som vi upptäckte för två år sedan, utvecklar ett system framåt och bakåt genom tiden i en enda slinga, så vi kan tillämpa det på vilket system som helst med tidsreversering av dynamiken, inklusive kvantdatorer och kvantsimulatorer som använder kalla atomer," sa Yan.
Los Alamos-teamet demonstrerade protokollet med simuleringar på IBMs molnbaserade kvantdatorer.
Oförmågan att skilja dekoherens från informationsförvrängning har hindrat experimentell forskning om fenomenet. Först studerad i svarthålsfysik, har informationskryptering visat sig vara relevant inom ett brett spektrum av forskningsområden, inklusive kvantkaos i många kroppssystem, fasövergång, kvantmaskininlärning och kvantberäkning. Experimentella plattformar för att studera informationskryptering inkluderar supraledare, fångade joner och molnbaserade kvantdatorer.
Praktisk tillämpning av kvantantifjärilseffekten
Yan och medförfattaren Nikolai Sinitsyn publicerade en artikel 2020 som bevisade att utveckling av kvantprocesser bakåt på en kvantdator för att skada information i det simulerade förflutna orsakar liten förändring när den återgår till nuet. Däremot smetar ett klassiskt fysiksystem ut informationen oåterkalleligt under tidsslingan fram och tillbaka.
Med utgångspunkt i denna upptäckt utvecklade Yan, Sinitsyn och medförfattaren Joseph Harris, en doktorand vid University of Edinburgh som arbetade på den aktuella uppsatsen som deltagare i Los Alamos Quantum Computing Summer School, protokollet. Det förbereder ett kvantsystem och delsystem, utvecklar hela systemet framåt i tiden, orsakar en förändring i ett annat delsystem och utvecklar sedan systemet bakåt under samma tid. Att mäta överlappningen av information mellan de två delsystemen visar hur mycket information som har bevarats genom förvrängning och hur mycket som gått förlorad till dekoherens. + Utforska vidare
