Darwinizm kwantowy potwierdzono za pomocą modelowania

Fizycy modelowali propagację informacji kwantowej z kubitu do otoczenia i odkryli, że ten ostatni zwraca informacje o stanie układu, demonstrując niemarkowność procesu związanego z redundantnym kodowaniem informacji. Naukowcy powiązali ten wynik symulacji z manifestacją tzw. darwinizmu kwantowego, teorii, zgodnie z którą świat zewnętrzny z góry określa ograniczony zestaw projekcji stanu otwartego układu kwantowego. Naukowcy podzielili się swoimi wynikami w czasopiśmie Physical Review A.

Od czasu powstania mechaniki kwantowej dyskusja na temat jej zupełności i warunkowości, zapoczątkowana przez Nielsa Bohra i Alberta Einsteina w połowie lat dwudziestych XX wieku, jest nadal uważana za niedokończoną. Próbując rozwiązać te sprzeczności, naukowcy później wysunęli egzotyczną teorię darwinizmu kwantowego, której istotą jest to, że układ z ogromnej liczby możliwych stanów kwantowych przechodzi do ograniczonego zestawu projekcji ze względu na ciągłą interakcję z otaczającym światem, a nie ze względu na obecność zewnętrznego obserwatora. Słowo „darwinizm” w nazwie hipotezy nawiązuje do podobieństwa z teorią ewolucji Karola Darwina i sprowadza się do tego, że pod wpływem środowiska zewnętrznego pozostają tylko projekcje stanów kwantowych przewidziane przez fizykę klasyczną w świecie makroskopowym.

Samo zjawisko oddziaływania układu kwantowego z otoczeniem zewnętrznym jest znane fizykom od dawna i nazywa się dekoherencją, z którą badacze aktywnie walczą o zwiększenie czasu stabilnej pracy kubitów i wydajności obliczeń kwantowych. Jednak obecnie nie ma zbyt wielu 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