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模拟量子“时间旅行”否定了量子领域的蝴蝶效应

模拟量子“时间旅行”否定了量子领域的蝴蝶效应

研究人员利用量子计算机模拟时间旅行,证明了在量子领域不存在“蝴蝶效应”。在这项研究中,信息-量子位,或量子位-“时间旅行”到模拟的过去。其中一个被严重破坏,比喻地说,就像踩在蝴蝶上一样。令人惊讶的是,当所有的量子位元返回到“现在”时,它们似乎大部分都没有改变,仿佛现实是自我修复的。

“在量子计算机,没有问题模拟opposite-in-time进化,或模拟运行过程倒退到过去,”尼古拉说Sinitsyn,理论物理学家洛斯阿拉莫斯国家实验室和本论文的合著者,在非线性研究中心博士后,也在洛斯阿拉莫斯。“所以,如果我们回到过去,加上一点小小的伤害,然后再回来,我们就可以看到复杂的量子世界会发生什么。”我们发现我们的世界存活了下来,这意味着在量子力学中没有蝴蝶效应。”

在雷·布拉德伯里(Ray Bradbury) 1952年的科幻小说《雷声》(A Sound of Thunder)中,一个角色使用时间机器回到了遥远的过去,他踩到了一只蝴蝶。回到现在,他发现了一个不同的世界。这个故事通常被认为是创造了“蝴蝶效应”这个术语的原因,它指的是一个复杂的动态系统对其初始条件的极高灵敏度。在这样一个系统中,早期的小因素会强烈地影响整个系统的进化。

相反,Yan和Sinitsyn发现模拟回到过去在量子系统中造成小的局部损伤只会导致当前小的、不显著的局部损伤。

这种效应在信息隐藏硬件和量子信息器件的测试中有潜在的应用。计算机可以通过将初始状态转换为强纠缠状态来隐藏信息。

“我们发现,即使入侵者对强纠缠态进行了状态破坏测量,我们仍然可以很容易地恢复有用的信息,因为这种破坏不会被解码过程放大,”严说。“这就证明了关于制造量子硬件来隐藏信息的讨论是合理的。”

这个新发现也可以用来测试一个量子处理器是否真的按照量子原理工作。由于新发现的无蝴蝶效应是纯量子的,如果一个处理器运行Yan和Sinitsyn的系统并显示出这种效应,那么它一定是一个量子处理器。

为了测试量子系统中的蝴蝶效应,Yan和Sinitsyn运用理论和IBM-Q量子处理器的模拟,展示了一个电路是如何通过应用量子门(具有正向和逆向因果关系)来演化成一个复杂系统的。

瞬间,量子时间机器模拟器诞生了。

在这个团队的实验中,爱丽丝,一个最受欢迎的用于量子思想实验的代理,准备了一个她现在的量子位元,并通过量子计算机逆向运行它。在遥远的过去,入侵者鲍勃是爱丽丝的量子位的另一个最爱。这一行为扰乱了量子位元,并破坏了它与世界其他地方的所有量子关联。接下来,系统向前运行到当前时间。

雷?布拉德伯里认为,在复杂的正向进化过程中,鲍勃对国家的小损害以及过去所有的相关关系应该会被迅速放大。因此,Alice最后应该无法恢复她的信息。

但事实并非如此。Yan和Sinitsyn发现,大部分当前的局部信息以量子相关的形式隐藏在过去很深的地方,不可能被轻微的篡改破坏。结果显示,尽管受到了鲍勃的干扰,信息返回到爱丽丝的量子位,没有受到多大的损害。与直觉相反的是,对于更深入的过去旅行和更大的“世界”,爱丽丝的最终信息返回给她的伤害甚至更小。

“我们发现在经典物理学和量子力学中混沌的概念必须被不同的理解,”Sinitsyn说。


模拟量子“时间旅行”否定了量子领域的蝴蝶效应

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