2020-ban járunk a Los Alamos National Laboratory-ban. Bin Yan fizikus bizonyítani kívánja, hogy a komplex rendszerekre jellemző pillangóhatás a kvantumrendszerekben nem az általunk ismert formában létezik, ezért a kvantumvilág káosz fogalmának újraértelmezése szükséges. 

Hogyan lehet egy ilyen kijelentést tudományosan alátámasztani? Ma még nem lehet tudni, hogy a tétel hányféleképpen bizonyítható, de a kvantumszakértők az átlagember számára legnehezebben érthető módszerhez nyúltak: ez az időutazás. 

Feltalálták az időgépet? 

A kérdésre nem egy időpont a válasz, hanem egy hely. A kvantumszámítógépen belül az időutazás megfelelő elméleti háttérrel kivitelezhető. De mennyire nehéz a feladat? Nikolai Sinitsyn elméleti fizikus – szintén Los Alamosból – frappáns megfogalmazásában: „Kvantumszámítógépen nem probléma az idő haladásával ellentétes evolúció, vagy egy folyamat időben vissza felé történő futásának a szimulációja” 

Ha el tudjuk fogadni, hogy az időutazás nem probléma, akkor már könnyen érthetővé válik a kísérlet, amit végrehajtottak. 

Alice és Bob kísérletezik a kvantumszámítógépen. Alice összeállítja az információit, majd kvantuminformáció-kódolási technológiát alkalmaz rajta (eredeti szakkifejezés: quantum information scrambling). Ennek a technológiának a lényege, hogy a helyi információt, a teljes rendszerben összefonódásaiban és korrelációiban többszörözve szétterjesztjük. Ekkor keletkezik az U érték, melyen Alice valós idővel ellentétes irányú kvantumszimulációt hajt végre. Bob belepillant a (múltbéli) kvantuminformációkba. (A kvantum kisokost felütve tudjuk, hogy ha valaki megméri a kvantumállapotot, akkor az abban szereplő információ megváltozik.) Az információk megtekintésének következményeképp a teljes rendszer információtartalma megváltozik. Megkapjuk a kereszttel jelölt U állapotot. Alice, mit sem tudva a változásról, visszakódolja a rendszert (a jelen értékre, a megváltozott múltból). Minden logikus gondolatunk ellenére kaotikus, értelmezhetetlen adatok helyett az eredeti információ nagyrészt sértetlenül megvan, azaz az információvesztés elhanyagolható.

Az információk rendszer szintű megosztásával az eredeti információ a rendszer szintű kvantumállapotban okozott változtatásokkal szemben ellenállóvá vált. Mondhatni a rendszer pajzsként védi az információt, más kifejezéssel élve: a valóság öngyógyító jellegű.

Már 2020-ban elindult a gondolkodás arról, hogyan lehetne gyakorlatban hasznosítani a fentieket: információt elrejtő kvantumhardver, vagy kvantumprocesszor megfelelőség teszt [AK1] [CB2] (az anti-pillangóhatás csak működő kvantumszámítógépen jön létre)

Hogyan tovább?

2022 Los Alamos, napjainkban. A fenti csapat 2020 óta a fenti kísérletek eredményeinek gyakorlati hasznosításán dolgozott. Eljutottak odáig, hogy a rendszer egységnyi ideig tartó időbeli visszaevolúciójával[AK3] [CB4] , majd változások okozását követően, egységnyi ideig tartó előre [CB5] evolúciójával képes meghatározni azt, hogy mennyi egységnyi információ marad meg a kódolásnak köszönhetően, és mennyi információ vész el a kvantum-összefonódás szétesése miatt. Ez utóbbi mérőszám az igazi teljesítmény mérője egy kvantumszámítógépnek – természetesen a qubitek száma mellett. Hiába van egy forradalmian új 64 qubites prototípusunk, ha annyit hibázik, hogy nem győzi kiszámolni a hibajavítást.

És hogy jön ide az IBM felhője? A válasz: csekély két év alatt! A fizikusok 2020-ban még az IBM kvantumkörök és kapukból álló prototípus kvantumszámítógépen bizonyították az anti-pillangóhatás létezését. A kvantumszámítógép-ellenőrzési protokollt azonban már az IBM-felhőben tudták kidolgozni, amely nem kis könnyebbség, idő-, szakember- és energia megtakarítás, különös tekintettel arra, hogy mennyire is körülményes, érzékeny és felügyeletigényes a kvantumszámítógép, mint „vas”. 

Számos érdekes elágazása van, illetve várható a fenti technológiáknak, például a fekete lyukak természetének megismerése, vagy mint a IBM kvantumalapú mesterséges intelligencia alkalmazásai. Kíváncsian várjuk a tudományos híreket, eredményeket, a technológiai innovációk kipróbálási lehetőségeit nem kevésbé!    

Források:

https://phys.org/news/2022-07-anti-butterfly-effect-enables-benchmarking-quantum.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220726160215.htm
https://www.sciencetimes.com/articles/39026/20220727/quantum-anti-butterfly-effect-new-approach-deal-complex-computer-performance.htm
https://scitechdaily.com/butterfly-effect-in-quantum-realm-disproven-by-simulating-quantum-time-travel/
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0952-6