Mémoire quantique cachée : la mémoire est-elle là quand quelqu'un regarde ?

Mémoire quantique cachée : la mémoire est-elle là quand quelqu'un regarde ?

Horodatage: 27 avril 2023 9:42

Philippe Tarente1,2,3, Thomas J.Elliott4,5et une Simon Milz6,3,7

1Département de physique, Graduate School of Science, Université de Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo City, Tokyo 113-0033, Japon
2Atominstitut, Technische Universität Wien, 1020 Vienne, Autriche
3Institut d'optique quantique et d'information quantique, Académie autrichienne des sciences, Boltzmanngasse 3, 1090 Vienne, Autriche
4Département de physique et d'astronomie, Université de Manchester, Manchester M13 9PL, Royaume-Uni
5Département de mathématiques, Université de Manchester, Manchester M13 9PL, Royaume-Uni
6École de physique, Trinity College Dublin, Dublin 2, Irlande
7Faculté de physique, Université de Vienne, Boltzmanngasse 5, 1090 Vienne, Autriche

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Abstract

En physique classique, dynamique sans mémoire et statistique markovienne ne font qu'un. Ce n'est pas vrai pour la dynamique quantique, d'abord et avant tout parce que les mesures quantiques sont invasives. Au-delà de l'invasivité des mesures, nous dérivons ici une nouvelle distinction entre les processus classiques et quantiques, à savoir la possibilité de $textit{mémoire quantique cachée}$. Alors que les statistiques markoviennes des processus classiques peuvent toujours être reproduites par un modèle dynamique sans mémoire, notre résultat principal montre que ce n'est pas vrai en mécanique quantique : Nous donnons d'abord un exemple de non-markovienité quantique dont la manifestation dépend du fait qu'une mesure précédente performé – un phénomène impossible pour une dynamique sans mémoire ; nous renforçons ensuite ce résultat en démontrant des statistiques qui sont Markoviennes indépendamment de la façon dont elles sont sondées, mais qui sont néanmoins $toujours$ incompatibles avec la dynamique quantique sans mémoire. Ainsi, nous établissons l'existence de statistiques markoviennes recueillies en sondant un processus quantique qui nécessite pourtant $fondamentalement$ de la mémoire pour sa création.

Mémoire quantique cachée : la mémoire est-elle présente lorsque quelqu'un regarde ? Intelligence des données PlatoBlockchain. Recherche verticale. Aï.

Image en vedette : Statistiques markoviennes nécessitant de la mémoire. Lorsque l'observable $sigma_z$ est mesuré (nettement) à tout moment, le circuit produit des statistiques de Markov. La mémoire devient apparente dans les statistiques conjointes $mathbb{P}(x_4,x_3,mathcal{I}_2,x_1)$ lorsqu'aucune mesure n'est effectuée à $t_2$, ce qui est en contradiction avec la possibilité d'un modèle dynamique sans mémoire.

Résumé populaire

La physique quantique donne lieu à de nombreux phénomènes contre-intuitifs qui défient notre compréhension classique. Au cœur de cela se trouve la nature fondamentalement envahissante de la mesure quantique : le simple fait de regarder un système quantique peut changer son état, brouillant la frontière entre le système et l'observateur. Ici, nous révélons une nouvelle conséquence de ce caractère invasif inévitable pour les systèmes quantiques sondés à plusieurs moments dans le temps - la "mémoire quantique cachée" - où des statistiques apparemment sans mémoire nécessitent néanmoins une dynamique avec mémoire pour se réaliser.

Les descripteurs « markovien » et « sans mémoire » sont souvent utilisés de manière interchangeable pour désigner des processus physiques avec des propriétés de mémoire particulières. Les statistiques markoviennes émergent chaque fois que l'observation la plus récente capture à elle seule toutes les informations historiques pertinentes pour l'avenir, ce qui suggère que toute mémoire externe n'est pas pertinente pour la dynamique. Dans le monde classique, la Markovianité équivaut en effet à l'absence de mémoire du processus, c'est-à-dire à un modèle dynamique comprenant une séquence indépendante de transformations d'états entre les instants qui décrit fidèlement les observations de mesure. Pourtant, comme le montrent nos résultats, cette équivalence n'est plus vraie dans le domaine quantique, où des statistiques différentes, bien qu'encore markoviennes, peuvent émerger en fonction des interrogations historiques. Un tel comportement ne peut pas être reproduit par une dynamique sans mémoire et nécessite donc de la mémoire dans le processus sous-jacent. Comme ce phénomène se manifeste avant tout en raison de l'incapacité de mesurer un système quantique sans perturber l'état, une telle mémoire quantique cachée est un effet vraiment non classique.

Nos résultats vont au-delà des inégalités de Leggett-Garg tant vantées, en ce que même les processus qui violent les LGI n'affichent généralement pas de mémoire quantique cachée. Notre travail fournit ainsi un aperçu plus approfondi des phénomènes temporels complexes grâce à l'interaction complexe de la mesure, de l'invasivité et de la mémoire dans les processus quantiques.

► Données BibTeX

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Cité par

[1] Fattah Sakuldee, Philip Taranto et Simon Milz, « Connecting commutativity and classicity for multitime quantum Process », Examen physique A 106 2, 022416 (2022).

Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2023-04-27 13:43:32). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.

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