"Используя простой, надежный протокол, который мы разработали, мы можем определить степень, в которой квантовые компьютеры могут эффективно обрабатывать информацию, и это относится и к потере информации в других сложных квантовых системах", - сказал Бин Ян, квантовый теоретик из Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Ян является автором-корреспондентом статьи о скремблировании сравнительной информации, опубликованной сегодня в Письма с физическим обзором. "Наш протокол количественно определяет скремблирование информации в квантовой системе и однозначно отличает его от поддельных 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, поскольку она взаимодействует с окружающей средой. С другой стороны, информация, пробивающаяся сквозь квантовый хаос, распространяет информацию по всей системе, защищая ее и позволяя извлекать.

Когерентность - это квантовое состояние, которое позволяет выполнять квантовые вычисления, а декогеренция относится к потере этого состояния при утечке информации в окружающую среду.

"Наш метод, основанный на квантовом эффекте анти-бабочки, который мы обнаружили два года назад, развивает систему вперед и назад во времени за один цикл, поэтому мы можем применить его к любой системе с динамикой, обращающей время вспять, 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 декогеренцию от скремблирования информации поставила в тупик экспериментальные исследования этого явления. Впервые изученный в физике черных дыр, скремблирование информации 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 анти-бабочки

Ян и соавтор Николай Синицын опубликовали в 2020 году статью, доказывающую, что эволюция квантовых процессов в обратном направлении на квантовом компьютере для повреждения информации в моделируемом прошлом вызывает незначительные изменения при возвращении в настоящее. В отличие от этого, система классической физики безвозвратно размазывает информацию во время возвратно-поступательного временного цикла.

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, затем развивает систему назад на тот же промежуток времени. Измерение перекрытия информации между двумя подсистемами показывает, сколько информации было сохранено путем скремблирования и сколько потеряно из-за декогеренции.