Efecto Mariposa En Quantum Realm Refutado Al Simular El ‘viaje En El Tiempo’ Cuántico

Efecto mariposa de viaje en el tiempo cuántico

La evolución de los procesos cuánticos hacia atrás en una computadora cuántica para dañar la información en el pasado simulado provoca pocos cambios cuando se devuelve al “presente”.

Usando una computadora cuántica para simular el viaje en el tiempo, los investigadores han demostrado que, en el reino cuántico, no existe un “efecto mariposa”. En la investigación, la información (qubits o bits cuánticos) “viaja en el tiempo” hacia el pasado simulado. Uno de ellos está fuertemente dañado, como pisar una mariposa, metafóricamente hablando. Sorprendentemente, cuando todos los qubits regresan al “presente”, parecen en gran parte inalterados, como si la realidad se autocurara. 

“En una computadora cuántica, no hay problema para simular la evolución opuesta en el tiempo o simular la ejecución de un proceso hacia el pasado”, dijo Nikolai Sinitsyn, físico teórico del Laboratorio Nacional de Los Alamos y coautor del artículo con Bin Yan. un postdoctorado en el Centro de Estudios No Lineales, también en Los Alamos. “Así que podemos ver realmente lo que sucede con un mundo cuántico complejo si viajamos atrás en el tiempo, agregamos pequeños daños y regresamos. Descubrimos que nuestro mundo sobrevive, lo que significa que no hay efecto mariposa en la mecánica cuántica “.

Viaje en el tiempo cuántico

En una investigación realizada por un equipo del Laboratorio Nacional de Los Alamos, Alice prepara su qubit y aplica la U unitaria de codificación de información a este y muchos otros qubits en conjunto. Bob mide su qubit en cualquier base, cambiando el qubit al estado que Alice no conoce. Alice todavía puede reconstruir su información a través de una única U † unitaria decodificadora. Crédito: Laboratorio Nacional de Los Alamos

En la historia de ciencia ficción de Ray Bradbury de 1952, “A Sound of Thunder”, un personaje utilizó una máquina del tiempo para viajar al pasado profundo, donde pisó una mariposa. Al regresar a la actualidad, encontró un mundo diferente. A esta historia a menudo se le atribuye haber acuñado el término “efecto mariposa”, que se refiere a la sensibilidad extremadamente alta de un sistema dinámico complejo a sus condiciones iniciales. En tal sistema, los primeros factores pequeños influyen fuertemente en la evolución de todo el sistema.

En cambio, Yan y Sinitsyn descubrieron que simular un regreso al pasado para causar pequeños daños locales en un sistema cuántico conduce a daños locales pequeños e insignificantes en el presente.

Este efecto tiene aplicaciones potenciales en hardware de ocultación de información y pruebas de dispositivos de información cuántica. Una computadora puede ocultar la información convirtiendo el estado inicial en uno fuertemente enredado.

“Descubrimos que incluso si un intruso realiza mediciones que dañan el estado en el estado fuertemente enredado, aún podemos recuperar fácilmente la información útil porque este daño no se magnifica con un proceso de decodificación”, dijo Yan. “Esto justifica las conversaciones sobre la creación de hardware cuántico que se utilizará para ocultar información”.

“En una computadora cuántica, no hay ningún problema para simular la evolución opuesta en el tiempo o simular la ejecución de un proceso hacia atrás en el pasado”. – Nikolai Sinitsyn

Este nuevo hallazgo también podría usarse para probar si un procesador cuántico está, de hecho, funcionando según los principios cuánticos. Dado que el efecto sin mariposa recién descubierto es puramente cuántico, si un procesador ejecuta el sistema de Yan y Sinitsyn y muestra este efecto, entonces debe ser un procesador cuántico.

Para probar el efecto mariposa en sistemas cuánticos, Yan y Sinitsyn utilizaron teoría y simulaciones con el procesador cuántico IBM-Q para mostrar cómo un circuito podría evolucionar un sistema complejo mediante la aplicación de puertas cuánticas, con causa y efecto hacia adelante y hacia atrás.

Presto, un simulador de máquina del tiempo cuántica.

En el experimento del equipo, Alice, un agente sustituto favorito utilizado para experimentos de pensamiento cuántico, prepara uno de sus qubits en el tiempo presente y lo ejecuta al revés a través de la computadora cuántica. En el pasado profundo, un intruso, Bob, otro suplente favorito, mide el qubit de Alice. Esta acción perturba el qubit y destruye todas sus correlaciones cuánticas con el resto del mundo. A continuación, el sistema avanza hasta el momento actual.

Según Ray Bradbury, el pequeño daño de Bob al estado y todas esas correlaciones en el pasado deberían magnificarse rápidamente durante la compleja evolución hacia adelante en el tiempo. Por lo tanto, Alice no debería poder recuperar su información al final.

Pero eso no es lo que pasó. Yan y Sinitsyn descubrieron que la mayor parte de la información local actual estaba oculta en el pasado profundo en forma de correlaciones esencialmente cuánticas que no podían dañarse con una manipulación menor. Demostraron que la información regresa al qubit de Alice sin mucho daño a pesar de la interferencia de Bob. Contrariamente a la intuición, para viajes más profundos al pasado y para “mundos” más grandes, la información final de Alice vuelve a ella aún menos dañada.

“Descubrimos que la noción de caos en la física clásica y en la mecánica cuántica debe entenderse de manera diferente”, dijo Sinitsyn.

Referencia: “Recuperación de información dañada y correlacionadores fuera de tiempo” por Bin Yan y Nikolai A. Sinitsyn, 24 de julio de 2020, Physical Review Letters .
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.040605

Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU.

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