Memória quântica oculta: a memória existe quando alguém olha?

Memória quântica oculta: a memória existe quando alguém olha?

Carimbo de data / hora: 27 de abril de 2023 9h42

Filipe Taranto1,2,3, Thomas J. Elliott4,5 e Simon Milz6,3,7

1Departamento de Física, Escola de Pós-Graduação em Ciências, Universidade de Tóquio, 7-3-1 Hongo, Bunkyo City, Tóquio 113-0033, Japão
2Atominstitut, Technische Universität Wien, 1020 Viena, Áustria
3Instituto de Ótica Quântica e Informação Quântica, Academia Austríaca de Ciências, Boltzmanngasse 3, 1090 Viena, Áustria
4Departamento de Física e Astronomia, Universidade de Manchester, Manchester M13 9PL, Reino Unido
5Departamento de Matemática, Universidade de Manchester, Manchester M13 9PL, Reino Unido
6Escola de Física, Trinity College Dublin, Dublin 2, Irlanda
7Faculdade de Física da Universidade de Viena, Boltzmanngasse 5, 1090 Viena, Áustria

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Sumário

Na física clássica, a dinâmica sem memória e a estatística Markoviana são a mesma coisa. Isso não é verdade para a dinâmica quântica, principalmente porque as medições quânticas são invasivas. Indo além da invasão da medição, aqui derivamos uma nova distinção entre processos clássicos e quânticos, ou seja, a possibilidade de $textit{memória quântica oculta}$. Embora as estatísticas markovianas de processos clássicos sempre possam ser reproduzidas por um modelo dinâmico sem memória, nosso principal resultado mostra que isso não é verdade na mecânica quântica: primeiro fornecemos um exemplo de não markovianidade quântica cuja manifestação depende se uma medição anterior é ou não realizado – um fenômeno impossível para dinâmicas sem memória; em seguida, fortalecemos esse resultado demonstrando estatísticas que são markovianas independentemente de como são investigadas, mas ainda assim são $incompatíveis com a dinâmica quântica sem memória. Assim, estabelecemos a existência de estatísticas Markovianas obtidas pela sondagem de um processo quântico que, no entanto, $fundamentalmente$ requer memória para sua criação.

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Imagem em destaque: Estatísticas Markovianas que requerem memória. Quando o observável $sigma_z$ é medido (acentuadamente) em todos os momentos, o circuito produz estatísticas Markovianas. A memória se torna aparente nas estatísticas conjuntas $mathbb{P}(x_4,x_3,mathcal{I}_2,x_1)$ quando nenhuma medição é realizada em $t_2$, o que está em contradição com a possibilidade de um modelo dinâmico sem memória.

Resumo popular

A física quântica dá origem a muitos fenômenos contra-intuitivos que desafiam nossa compreensão clássica. No centro disso está a natureza fundamentalmente intrusiva da medição quântica: o mero ato de olhar para um sistema quântico pode mudar seu estado, borrando a linha entre o sistema e o observador. Aqui, revelamos uma nova consequência dessa invasividade inevitável para sistemas quânticos investigados em vários pontos no tempo – “memória quântica oculta” – onde estatísticas aparentemente sem memória, no entanto, requerem dinâmica com memória para serem realizadas.

Os descritores “Markoviano” e “sem memória” são frequentemente usados ​​de forma intercambiável para denotar processos físicos com propriedades de memória específicas. As estatísticas markovianas surgem sempre que a observação mais recente sozinha captura todas as informações históricas relevantes para o futuro, sugerindo que qualquer memória externa é irrelevante para a dinâmica. No mundo clássico, a markovianidade é de fato equivalente à falta de memória do processo — ou seja, um modelo dinâmico compreendendo uma sequência independente de transformações de estado entre tempos que descreve fielmente as observações de medição. No entanto, como mostram nossos resultados, essa equivalência não é mais verdadeira no reino quântico, onde estatísticas diferentes – embora ainda markovianas – podem surgir dependendo de interrogações históricas. Tal comportamento não pode ser replicado pela dinâmica sem memória e, portanto, necessita de memória no processo subjacente. Como esse fenômeno se manifesta principalmente devido à incapacidade de medir um sistema quântico sem perturbar o estado, essa memória quântica oculta é um efeito verdadeiramente não clássico.

Nossos resultados vão além das muito elogiadas desigualdades de Leggett-Garg, pois mesmo processos que violam LGIs geralmente não exibem memória quântica oculta. Nosso trabalho, portanto, fornece uma visão mais profunda de fenômenos temporais complexos por meio da intrincada interação de medição, invasividade e memória em processos quânticos.

► dados BibTeX

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Citado por

[1] Fattah Sakuldee, Philip Taranto e Simon Milz, “Conectando comutatividade e classicidade para processos quânticos multitempo”, Revisão Física A 106 2, 022416 (2022).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-04-27 13:43:32). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

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