Simuler un «  voyage dans le temps  » quantique réfute l’effet papillon dans le royaume quantique

Simuler un `` voyage dans le temps '' quantique réfute l'effet papillon dans le royaume quantique

Simuler un `` voyage dans le temps '' quantique réfute l'effet papillon dans le royaume quantique

Dans le cadre d’une recherche menée par une équipe du laboratoire national de Los Alamos, Alice prépare son qubit et applique les informations brouillant un U unitaire à ce qubits et à bien d’autres. Bob mesure son qubit sur n’importe quelle base, basculant le qubit à l’état inconnu d’Alice. Alice peut toujours reconstruire ses informations via un seul décodage U † unitaire. Crédit: Laboratoire national de Los Alamos

En utilisant un ordinateur quantique pour simuler un voyage dans le temps, les chercheurs ont démontré que, dans le domaine quantique, il n’y a pas «d’effet papillon». Dans la recherche, l’information – qubits ou bits quantiques – «voyage dans le temps» dans le passé simulé. L’un d’eux est alors fortement endommagé, comme marcher sur un papillon, métaphoriquement parlant. Étonnamment, lorsque tous les qubits reviennent au «présent», ils semblent en grande partie inchangés, comme si la réalité s’auto-guérissait.


« Sur un ordinateur quantique, il n’y a aucun problème à simuler une évolution dans le temps opposée, ou à simuler l’exécution d’un processus à rebours dans le passé », a déclaré Nikolai Sinitsyn, physicien théoricien au Los Alamos National Laboratory et co-auteur de l’article avec Bin Yan, un post-doc au Center for Nonlinear Studies, également à Los Alamos. « Ainsi, nous pouvons réellement voir ce qui se passe avec un monde quantique complexe si nous voyageons dans le temps, ajoutons de petits dégâts et revenons. Nous avons constaté que notre monde survit, ce qui signifie qu’il n’y a pas d’effet papillon en mécanique quantique. »

Dans l’histoire de science-fiction de Ray Bradbury de 1952, « A Sound of Thunder », un personnage a utilisé une machine à voyager dans le temps pour voyager dans le passé profond, où il a marché sur un papillon. De retour dans le temps présent, il a trouvé un monde différent. Cette histoire est souvent créditée pour avoir inventé le terme «effet papillon», qui fait référence à la sensibilité extrêmement élevée d’un système complexe et dynamique à ses conditions initiales. Dans un tel système, de petits facteurs précoces influencent fortement l’évolution de l’ensemble du système.

Au lieu de cela, Yan et Sinitsyn ont découvert que simuler un retour dans le passé pour causer de petits dommages locaux dans un système quantique ne conduisait qu’à de petits dommages locaux insignifiants dans le présent.

Cet effet a des applications potentielles dans le matériel de dissimulation d’informations et le test des dispositifs d’information quantique. Les informations peuvent être masquées par un ordinateur en convertissant l’état initial en un état fortement intriqué.

« Nous avons constaté que même si un intrus effectue des mesures dommageables pour l’état sur l’état fortement intriqué, nous pouvons toujours récupérer facilement les informations utiles car ces dommages ne sont pas amplifiés par un processus de décodage », a déclaré Yan. « Cela justifie des discussions sur la création de matériel quantique qui sera utilisé pour cacher des informations. »

Cette nouvelle découverte pourrait également être utilisée pour tester si un processeur quantique fonctionne en fait selon les principes quantiques. Puisque le nouvel effet sans papillon est purement quantique, si un processeur exécute le système de Yan et Sinitsyn et montre cet effet, alors il doit s’agir d’un processeur quantique.

Pour tester l’effet papillon dans les systèmes quantiques, Yan et Sinitsyn ont utilisé la théorie et des simulations avec le processeur quantique IBM-Q pour montrer comment un circuit pouvait faire évoluer un système complexe en appliquant des portes quantiques, avec cause et effet en avant et en arrière.

Presto, un simulateur de machine à remonter le temps quantique.

Dans l’expérience de l’équipe, Alice, un agent de remplacement préféré utilisé pour les expériences de pensée quantique, prépare l’un de ses qubits dans le temps présent et le fait reculer à travers l’ordinateur quantique. Dans le passé lointain, un intrus – Bob, un autre remplaçant préféré – mesure le qubit d’Alice. Cette action perturbe le qubit et détruit toutes ses corrélations quantiques avec le reste du monde. Ensuite, le système est exécuté en avant jusqu’à l’heure actuelle.

Selon Ray Bradbury, les petits dommages de Bob à l’État et toutes ces corrélations dans le passé devraient être rapidement amplifiés au cours de l’évolution complexe dans le temps. Par conséquent, Alice devrait être incapable de récupérer ses informations à la fin.

Mais ce n’est pas ce qui s’est passé. Yan et Sinitsyn ont découvert que la plupart des informations actuellement locales étaient cachées dans le passé profond sous la forme de corrélations essentiellement quantiques qui ne pouvaient pas être endommagées par une falsification mineure. Ils ont montré que l’information revient au qubit d’Alice sans trop de dégâts malgré l’interférence de Bob. Contre-intuitivement, pour des voyages plus profonds vers le passé et pour des «mondes» plus grands, les dernières informations d’Alice lui reviennent encore moins endommagées.

« Nous avons constaté que la notion de chaos en physique classique et en mécanique quantique doit être comprise différemment », a déclaré Sinitsyn.


Vérification expérimentale optimale des états intriqués à l’aide de mesures locales


Plus d’information:
Bin Yan et al, Récupération des informations endommagées et des corrélateurs hors délai, Lettres d’examen physique (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.040605

Fourni par Los Alamos National Laboratory

Citation: Simuler le «  voyage dans le temps  » quantique réfute l’effet papillon dans le royaume quantique (29 juillet 2020) récupéré le 29 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-simulating-quantum-butterfly-effect-realm.html

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