Главная Новости Доказано: квантовая сложность растет линейно в течение экспоненциально долгого времени

Квантовая сложность растет линейно в течение экспоненциально долгого времени

Физики знают об огромной пропасти между квантовой физикой и теорией гравитации. Однако в последние десятилетия теоретическая физика предложила несколько правдоподобных гипотез для преодоления этого разрыва и описания поведения хаотических квантовых систем, наподобие черных дыр, передает Альтернативная наука.

Теперь теоретическая группа из Свободного университета Берлина совместно с Гарвардским университетом доказала математическую гипотезу о поведении сложности в подобных системах. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

"Мы нашли удивительно простое решение важной проблемы в физике, - говорит профессор Йенс Айзерт, теоретик из Свободного университета Берлина. - Наши результаты создают прочную основу для понимания физических свойств большинства квантовых систем, от черных дыр до сложных систем многих тел".

Используя только ручку и бумагу, берлинские физики Йонас Хаферкамп, Филипп Файст, Нага Котаконда и Йенс Айзерт совместно с Николь Юнгер Халперн (Гарвард, сейчас Мэриленд) доказали предположение, которое имеет очевидные последствия для сложных квантовых систем многих тел.

"Это играет значение, например, когда вы хотите описать черные дыры или даже червоточины", - объясняет Йонас Хаферкамп, аспирант в команде Эйзерта и первый автор статьи.

Сложные квантовые системы можно реконструировать с помощью цепочек квантовых битов. Проблема, однако, заключается в том, сколько элементарных операций необходимо для подготовки желаемого состояния?

Физики математически доказали существование комплексных квантовых систем, например, черных дыр и червоточин

На первый взгляд кажется, что это минимальное количество операций - сложность системы постоянно растет.

Физики Адам Браун и Леонард Сасскинд из Стэнфордского университета сформулировали эту идею в виде математической гипотезы: квантовая сложность многочастичной системы должна сначала линейно расти в течение астрономически долгого времени, а затем - еще дольше оставаться в состоянии максимальной сложности.

Такое предположение было мотивировано поведением теоретических червоточин, объем которых, похоже, линейно растет в течение бесконечно долгого времени.

 

Предполагается, что сложность и объем червоточин - это одна и та же величина с двух разных точек зрения. По сути, речь идет о голографическом принципе, который может оказаться математическим решением для объединению квантовой теории и гравитации.

Теперь группа показала, что квантовая сложность случайных схем действительно линейно увеличивается со временем, пока не достигает насыщения в момент времени, который экспоненциально зависит от размера системы. Такие случайные цепочки являются мощной моделью динамики систем многих тел.

Трудность доказательства связана с тем, что вряд ли можно исключить существование "коротких путей", то есть случайных цепей с гораздо меньшей сложностью, чем ожидается.

"Наше доказательство представляет собой удивительную комбинацию методов из геометрии и квантовой теории информации. Этот новый подход позволяет решить гипотезу для подавляющего большинства систем без привлечения отдельных состояний", - говорит Хаферкамп.