Darwinizm kwantowy potwierdzono za pomocą modelowania

Fizycy zmodelowali propagację informacji kwantowej z kubitu do otoczenia i odkryli, że kubit zwraca informacje o stanie układu, demonstrując jednocześnie niemarkowność procesu związanego z redundantnym kodowaniem informacji. Naukowcy powiązali ten wynik symulacji z przejawem tzw. darwinizmu kwantowego, teorii, zgodnie z którą świat zewnętrzny z góry determinuje ograniczony zbiór projekcji stanu otwartego układu kwantowego. Naukowcy opublikowali swoje wyniki w czasopiśmie „Physical Review A”.

Od czasu pojawienia się mechaniki kwantowej, dyskusja na temat jej zupełności i warunkowości, zapoczątkowana przez Nielsa Bohra i Alberta Einsteina w połowie lat dwudziestych XX wieku, wciąż uważana jest za niedokończoną. Próbując rozwiązać te sprzeczności, naukowcy zaproponowali później egzotyczną teorię darwinizmu kwantowego, której istotą jest to, że układ z ogromnej liczby możliwych stanów kwantowych przemieszcza się do ograniczonego zbioru projekcji dzięki ciągłej interakcji z otaczającym światem, a nie dzięki obecności zewnętrznego obserwatora. Słowo „darwinizm” w nazwie hipotezy nawiązuje do podobieństwa do teorii ewolucji Karola Darwina i sprowadza się do faktu, że pod wpływem środowiska zewnętrznego w świecie makroskopowym pozostają jedynie projekcje stanów kwantowych przewidziane przez fizykę klasyczną.

Samo zjawisko oddziaływania układu kwantowego z otoczeniem zewnętrznym jest znane fizykom od dawna i nazywa się dekoherencją. Naukowcy aktywnie walczą z tym zjawiskiem o wydłużenie czasu stabilnej pracy kubitów i zwiększenie wydajności obliczeń kwantowych. Jednak obecnie niewiele jest badań, które fizycy poświęciliby bezpośrednio propagacji informacji kwantowej w otoczeniu.

Таиза Мендонса (Taysa Mendonça) из Университета Сан-Паулу совместно с коллегами из Бразилии, Великобритании и Италии использовали численное моделирование для того, чтобы изучить поток информации из квантовой системы в окружающую среду конечного размера. В качестве модели системы с единственным кубитом физики использовали спин углерода из группы CH2 молекулы адамантана (C10H16), помещенный в сильное статическое магнитное поле, а сам кубит ученые связали с окружающей средой, состоящей из двух линейных цепочек по N кубит в каждой. Физики исследовали динамику этой модели во времени, так как известно, что система, связанная со средой с конечными степенями свободы, может демонстрировать немарковское поведение. Чтобы понять, как информация о состоянии системы путешествует во внешнем мире, ученые измерили квантовый аналог критерия согласия Колмогорова — так называемое расстояние следа, которое послужило метрикой на пространстве матриц плотности и обозначило меру различимости между двумя квантовыми состояниями.

В результате моделирования расстояние следа продемонстрировало немонотонность во времени, что, в свою очередь, стало свидетельством немарковости процесса передачи информации. Исследователи также заметили, что квантовая информация из начального кубита системы распространилась по цепочке кубитов окружающей среды и вернулась обратно, а сам процесс прямого и обратного обмена квантовой информацией с окружающей средой оказался квазипериодическим. При этом ученые выяснили, что поток информации прекратился, как только началась эволюция первоначальной квантовой системы. Благодаря этому физики установили качественную связь между немарковостью динамики квантовой системы и явлением избыточного кодирования информации, которое лежит в основе принципов квантового дарвинизма и косвенно подтверждает эту теорию.

Авторы работы отметили, что смоделированный ими процесс и полученные в результате данные должны продвинуть вперед исследования, связанные с распространением квантовой информации из открытой системы во внешнюю среду.

О том, что такое когерентность и декогеренция простыми словами мы писали ранее в нашем материале «Квантовая азбука: „Когерентность“».

От DrMoro

Originaltext
Diese Übersetzung bewerten
Mit deinem Feedback können wir Google Übersetzer weiter verbessern
Dieses Formular wird nicht unterstützt
Aus Sicherheitsgründen solltest du keine Informationen über diese Art von Formular senden, während du Google Translate verwendest.
DobraDo oryginalnego adresu URL