A pesquisa baseada no "efeito anti-borboleta" quântico resolve um problema experimental de longa data na física e estabelece um método para comparar o desempenho de computadores quânticos.
“Usando o protocolo simples e robusto que desenvolvemos, podemos determinar o grau em que os computadores quânticos podem efetivamente processar informações, e isso também se aplica à perda de informações em outros sistemas quânticos complexos”, disse Bin Yan, teórico quântico do Los Alamos National. Laboratório.

Yan é autor correspondente de um artigo sobre embaralhamento de informações de benchmarking, publicado hoje em Physical Review Letters . “Nosso protocolo quantifica a confusão de informações em um sistema quântico e a distingue inequivocamente de sinais positivos falsos no fundo barulhento causado pela decoerência quântica”, disse ele.

O ruído na forma de decoerência apaga todas as informações quânticas em um sistema complexo, como um computador quântico, à medida que se acopla ao ambiente circundante. Por outro lado, as informações embaralhadas pelo caos quântico espalham as informações pelo sistema, protegendo-as e permitindo que sejam recuperadas.

A coerência é um estado quântico que permite a computação quântica, e a decoerência refere-se à perda desse estado à medida que as informações vazam para o ambiente circundante.

"Nosso método, que se baseia no efeito quântico anti-borboleta que descobrimos há dois anos, evolui um sistema para frente e para trás ao longo do tempo em um único loop, para que possamos aplicá-lo a qualquer sistema com reversão no tempo da dinâmica, incluindo computadores quânticos. e simuladores quânticos usando átomos frios", disse Yan.

A equipe de Los Alamos demonstrou o protocolo com simulações em computadores quânticos baseados em nuvem da IBM.

A incapacidade de distinguir decoerência de embaralhamento de informações bloqueou a pesquisa experimental sobre o fenômeno. Estudado pela primeira vez em física de buracos negros, o embaralhamento de informações provou ser relevante em uma ampla gama de áreas de pesquisa, incluindo caos quântico em sistemas de muitos corpos, transição de fase, aprendizado de máquina quântica e computação quântica. Plataformas experimentais para estudar o embaralhamento de informações incluem supercondutores, íons presos e computadores quânticos baseados em nuvem.

Aplicação prática do efeito quântico anti-borboleta

Yan e o coautor Nikolai Sinitsyn publicaram um artigo em 2020 provando que a evolução de processos quânticos para trás em um computador quântico para danificar informações no passado simulado causa pouca mudança quando retornado ao presente. Em contraste, um sistema de física clássica mancha a informação de forma irrecuperável durante o loop de tempo de ida e volta.

Com base nessa descoberta, Yan, Sinitsyn e o co-autor Joseph Harris, um estudante de pós-graduação da Universidade de Edimburgo que trabalhou no artigo atual como participante da Escola de Verão de Computação Quântica de Los Alamos, desenvolveu o protocolo. Ele prepara um sistema quântico e um subsistema, evolui o sistema completo no tempo, causa uma mudança em um subsistema diferente e, em seguida, evolui o sistema para trás pelo mesmo período de tempo. Medir a sobreposição de informações entre os dois subsistemas mostra quanta informação foi preservada por embaralhamento e quanta perdida por descoerência. + Explorar mais

Encontrando coerência no caos quântico