Um grupo de cientistas desenvolveu um algoritmo e uma metodologia para avaliar o desempenho de computadores quânticos e sistemas quânticos com base no efeito anti-borboleta. Sabemos pela ficção científica que mesmo pequenas mudanças no passado podem mudar drasticamente o futuro (o notório efeito borboleta). Os cientistas mostraram que um sistema quântico pode ser resistente a mudanças no passado.
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«A viagem no tempo” em sistemas quânticos pode ser puramente condicional. Estamos falando da operação de sistemas com dinâmica reversível no tempo. Em outras palavras, o sistema pode ser revertido para o estado “passado”, trazendo-o primeiro para o estado “futuro”, ou vice-versa. Na mecânica clássica, a informação (em toda a sua diversidade) é destruída durante essas transições. Em sistemas quânticos, como se vê, as informações podem ser armazenadas com algumas pequenas modificações. Simplificando, tendo acidentalmente esmagado uma borboleta em uma clareira no passado, o personagem principal não retornará a um futuro completamente novo e alienígena. Para sistemas quânticos, quase nada mudará, não importa quantas “borboletas” no passado você esmague.
O novo método foi desenvolvido pelos cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos, Bin Yan, Nikolai Sinitsyn e Joseph Harris. O método determina quanta informação é perdida de um sistema quântico devido à decoerência e quanta é retida devido ao embaralhamento de informações.
«Usando um protocolo simples e robusto que desenvolvemos, podemos determinar até que ponto os computadores quânticos podem processar informações com eficiência, e isso também se aplica à perda de informações em outros sistemas quânticos complexos”, disse Bing Yang, teórico quântico de Los Alamos. Laboratório Nacional.
A codificação ou transformação reversível de um fluxo digital para obter as propriedades de uma sequência aleatória, necessária, por exemplo, para criptografia, também é usada para modelar o comportamento quântico da informação. Por exemplo, o embaralhamento é amplamente usado para modelar o comportamento dos buracos negros, de cujo horizonte de eventos acredita-se que nada retorne, mas não informação, dada sua base quântica.
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Em condições normais, após algum tempo, ocorre a decogeração – de fato, qualquer ruído ambiental destrói os estados quânticos dos qubits e a informação é perdida. Scrambling permite que você interrompa esses processos. Além disso, o algoritmo proposto fornece uma estimativa quantitativa da relação de decogeração e informação, o que permite uma avaliação bastante precisa do desempenho de um sistema quântico e, de fato, leva ao surgimento de um benchmark muito, muito preciso para avaliar computadores quânticos , e esta é uma ferramenta para melhorar essas plataformas.
A equipe de Los Alamos demonstrou o protocolo usando simulações em computadores quânticos em nuvem da IBM. Antes deles, os pesquisadores não conseguiam distinguir inequivocamente a decogeração de embaralhamento. Digamos apenas que o caos natural e o caos artificial pareciam iguais para os cientistas. O novo algoritmo preenche essa lacuna e abre caminho para o futuro.
Do ponto de vista prático, o sistema funciona da seguinte forma. Um sistema quântico é criado com algum subsistema. O algoritmo evolui todo o sistema para frente no tempo, causa uma mudança no subsistema “futuro” e então evolui o sistema de volta ao mesmo tempo. As informações no subsistema futuro e presente podem ser estimadas com precisão, e a sobreposição de dados mostra quanta informação foi salva por embaralhamento e quanto foi perdida devido à decoerência. O trabalho foi publicado em Physical Review Letters e está disponível apenas por assinatura.