Xeyden-Preskill tajribasi - Hayden-Preskill thought experiment

Yilda kvant ma'lumotlari, Xeyden-Preskill tajribasi (shuningdek,. nomi bilan ham tanilgan Xayden-Preskill protokoli) - tekshiradigan fikr tajribasi qora tuynuk haqidagi paradoks a ga tashlangan ma'lumotni dekodlash uchun qancha vaqt ketishi haqida faraz qilish orqali qora tuynuk undan Xoking radiatsiyasi.[1]

Haqida fikr tajribasi Elis va Bob quyidagicha: Elis a k kub bilan kvant holati Bob bilan o'ralgan qora tuynukka aylanadi kvantli kompyuter. Bob Qora tuynuk chiqargan Xoking radiatsiyasini yig'adi va uni kvant kompyuteriga joylashtiradi, u erda Elis holatini dekodlash uchun mos keladigan kvant eshiklarini qo'llaydi. Bobga hech bo'lmaganda kerak k qora tuynukning Xoking nurlanishidan kublar, Elisning kvant holatini dekodlash uchun.[2]

Qora tuynukni kvantli ma'lumot oynasi deb hisoblash mumkin, chunki u shifrlangan ma'lumotlarni deyarli bir zumda qaytaradi. Tortishish vaqti va qora tuynuk kubitlarni nurlantirish uchun sarflanadigan vaqt bilan hisoblanishi mumkin bo'lgan kechikish bilan.[3] Yoshida-Kitaev dekodlash sxemasi deb nomlanuvchi ushbu dekodlash usuli nazariy jihatdan katta tizim bilan termalizatsiya qilingan kichik tizimga qo'llanilishi mumkin. Bu Hayden-Preskill fikr tajribasini real hayotda sinab ko'rish imkoniyatini ochadi.[4]

Modellar

Quyida Xeyden Preskill fikr tajribasini o'rganish uchun foydalaniladigan modellar keltirilgan.

Og'ir va yumshoq rejimlar uchun o'yinchoq modeli

Energiyasi past bo'lgan nosimmetrik rejimlar yumshoq, yuqori energiyaga ega rejimlar og'ir deb nomlanadi. Energiyani tejash va a o'yinchoq modeli, qirg'iy radiatsiyasi klassik rejimda og'ir rejimlarga mos kelishi aniq bo'ladi. Hayden-preskill protokoliga faqat yumshoq rejimlar mos keladi. The o'yinchoq modeli termodinamik xususiyatlarga, energiya va zaryadga asoslangan og'ir va yumshoq rejimlarni aniq ajratib olishga tayanadi.[5]

Dik modellari

Xayden-Preskill protokolini jismonan namoyish etish uchun Dikning modellaridan foydalanish mumkin.[6] Ikkala tizimdan foydalanish Dik modellari Ma'lumotlar qora tuynukka tashlanganida, dastlabki spinli ma'lumot bo'shliqqa o'ralganidan keyin o'qilishi mumkinligi aniqlandi. Yagona tizimda axborotni chalkashtirib yuborish ma'lumotni dekodlash imkoniyatining oldini oladi; ammo, agar a termofield ikkilamchi holatdan foydalaniladi, ma'lumotlarning tezkorligi dastlabki holat ma'lumotlarini o'qishga imkon beradi. Shuning uchun dekodlash uchun samaradorlik maksimal tezlikda va tizim eng tartibsiz bo'lganda maksimal darajada bo'ladi.[6]

Sodiqlikni dekodlash

Agar sodiqlikni dekodlash doimiy bo'lsa, qora tuynuk xuddi oynaga o'xshab harakat qiladi va unga tushgan barcha ma'lumotlarni darhol qaytarib beradi. Ammo, agar tajribalar Hayden-Preskill protokoli o'tkazilishi mumkin bo'lsa, ba'zi ma'lumotlarning yo'qolishiga olib keladi. Eslatib o'tamiz qora tuynuk Aslini qayta tiklash uchun bizga B 'deb nomlanadigan erta nurlanish va D deb ataladigan kech nurlanish kerak davlat A. erta nurlanish B 'ni saqlashda paydo bo'ladigan xatolik mavjud. Kubits saqlanayotganda tasodifan yo'qolishi mumkin. Bundan tashqari, erta nurlanish va qora tuynuk dastlab maksimal darajada chalkashib ketgan, ammo parchalanish vaqt o'tishi bilan paydo bo'ladi. Oxir oqibat, saqlashdagi o'chirish natijasida axborot yo'qotilishi dekoherensiyaga qaraganda ancha ta'sirli bo'ladi, chunki ma'lumot yo'qotilishi parchalanish tushunchasi bilan qisman tiklanishi mumkin chigallik.[7]

Qora tuynukni to'ldiruvchi va xavfsizlik devorlari

Xayden-Preskill tajribasi shuni anglatadiki, qora tuynukka tushgan ma'lumotni qirg'iy radiatsiyasi, bu erda savol tug'iladi: qora tuynukka tushgan ma'lumot tushadimi yoki tarqaladimi? Bunga yondashuvlardan biri bu qora tuynukni to'ldirish, qora tuynuk atrofida aylanib yurgan kuzatuvchi xoking radiatsiya sifatida tarqalayotgan ma'lumotni, qora tuynukga tushgan kuzatuvchi esa ichkariga tushayotganini kuzatadi, deb da'vo qilmoqda. Bu kvant mexanikasining klonlash printsipini buzmaganga o'xshaydi, chunki siz faqat bittasini yoki boshqasini o'lchashingiz mumkin; agar siz qora tuynukka tushib, kubitni o'lchasangiz, tark etolmaysiz va keyin qirg'iy nurlanishini o'lchay olmaysiz. Qora tuynukni to'ldirish to'rtta asosiy postulatlarga ega:

  1. Xoking radiatsiyasi toza holatda. Qora tuynukni kvant operatori deb hisoblash mumkin, u asl massaning kvant holatini oladi va uni uzoqdan kuzatuvchi ko'rib turganidek qirg'iy nurlanishining kvant holatiga o'tkazadi.
  2. Qora tuynuk tashqarisida voqealar ufqi, yarim klassik maydon tenglamalari amalda qoladi.
  3. Qora tuynuk - bu uzoqdan kuzatuvchi tomonidan ko'rib chiqilganidek, diskret energiya darajalariga ega bo'lgan kvant tizimi.
  4. Erkin tushayotgan kuzatuvchi noyob va g'alati hech narsaga duch kelmaydi; voqea ufqidan o'tish ufqning o'ziga xos kuzatiladigan hodisalari bilan belgilanmaydi.

Almheirining fikriga ko'ra, Marolf, Polchinski va Sulli 1, 2 va 4 postulatlarida ziddiyat mavjud. Qora tuynukni tark etayotgan qirg'iy radiatsiyasini ikkita vaqt oralig'iga ajratamiz deylik: biri "erta" va yana biri "kech". Hawk radiatsiyasi asl massaning kvant to'lqin funktsiyasiga asoslangan sof holat bo'lgani uchun, kech qirg'iy nurlanishi erta qirg'in nurlari bilan chalkashib ketishi kerak. Biroq, qora tuynukning bir-birini to'ldirishi, chiqayotgan qirg'in radiatsiyasi qora tuynuk ichidagi ma'lumotlar bilan o'ralganligini ham anglatadi. Bu "chalkashlik monogamiyasi" deb nomlanuvchi narsani, ya'ni kvant tizimi faqat boshqa kvant tizimi bilan chalkashib ketishi mumkin degan fikrni buzadi. Ushbu muammoni hal qilish uchun 2-postulat yoki 4-postulat yolg'on bo'lishi kerak: agar 2-postulat yolg'on bo'lsa, u holda bu nizoni hal qiladigan hodisa ufqidan tashqariga chiqadigan ba'zi ekzotik dinamikalar bo'lishi kerak; agar postulat 4 yolg'on bo'lsa, unda ichki va tashqi ma'lumotlarning chalkashligi buzilishi kerak, bu esa yuqori energiya rejimlarini yaratishga olib keladi. Ushbu yuqori energiyali rejimlar "xavfsizlik devori "bu qora tuynukka kiradigan hamma narsani yoqib yuboradi.[8]

Adabiyotlar

  1. ^ Xeyden, Patrik; Preskill, Jon (2007). "Qora tuynuklar nometall sifatida: tasodifiy quyi tizimlarda kvant ma'lumotlari". Yuqori energiya fizikasi jurnali. 2007 (9): 120. arXiv:0708.4025. Bibcode:2007JHEP ... 09..120H. doi:10.1088/1126-6708/2007/09/120. S2CID  15261400.
  2. ^ Jon Preskill (2017 yil aprel). - Mana, qora tuynukdan chiqishning bir usuli!. Kvant chegaralari. Olingan 2019-06-30.
  3. ^ Yoshida, Beni; Kitaev, Aleksey (2017-10-16). "Hayden-Preskill protokoli uchun samarali dekodlash". arXiv:1710.03363 [hep-th ].
  4. ^ Cheng, Yanting; liu, Chang; Guo, Jinkang; Chen, Yu; Chjan, Pengfey; Zhai, Hui (2019-09-27). "Xayden-Preskill protokolini juft Dik modellari bilan amalga oshirish". arXiv:1909.12568 [gaz-gaz ].
  5. ^ Yoshida, Beni (2019-10-07). "Xayden-Preskill fikr tajribasida yumshoq rejim va interyer operatori". Jismoniy sharh D. 100 (8): 086001. doi:10.1103 / PhysRevD.100.086001. ISSN  2470-0010.
  6. ^ a b Cheng, Yanting; Liu, Chang; Guo, Jinkang; Chen, Yu; Chjan, Pengfey; Zhai, Hui (2020-10-05). "Xayden-Preskill protokolini birlashtirilgan Dik modellari bilan amalga oshirish". Jismoniy tekshiruv tadqiqotlari. 2 (4): 043024. doi:10.1103 / PhysRevResearch.2.043024. ISSN  2643-1564.
  7. ^ Bao, Ning; Kikuchi, Yuta (2020-09-28). "Hayden-Preskill shovqinli Xoking nurlanishidan dekodlash". arXiv: 2009.13493 [hep-th, fizika: quant-ph].
  8. ^ Almheiri, Ahmed; Marolf, Donald; Polchinski, Jozef; Salli, Jeyms (2013-02-11). "Qora tuynuklar: qo'shimcha yoki xavfsizlik devorlari?". Yuqori energiya fizikasi jurnali. 2013 (2): 62. doi:10.1007 / JHEP02 (2013) 062. ISSN  1029-8479.