O gaură neagră amestecă permanent informații care nu pot fi recuperate

O nouă teoremă arată că informațiile care sunt rulate printr-un codificator de informații, cum ar fi o gaură neagră, vor ajunge la un punct în care orice algoritm nu va putea învăța informațiile care au fost codificate. Credit: Laboratorul Național Los Alamos

A gaură neagră amestecă permanent informații care nu pot fi recuperate cu niciun algoritm de învățare cuantică a mașinilor, aruncând o nouă lumină asupra experimentului de gândire clasic al lui Hayden-Preskill.

O nouă teoremă în domeniul învățării mecanice cuantice a introdus o gaură importantă în înțelegerea acceptată a amestecării informațiilor.

“Teorema noastră implică faptul că nu vom putea folosi învățarea mecanică cuantică pentru a învăța procese tipice aleatorii sau haotice, cum ar fi găurile negre. În acest sens, pune o limită fundamentală asupra învățării proceselor necunoscute”, a spus el. Zoe Holmes, postdoctoral coleg la Laboratorul Național Los Alamos și coautor al lucrării care descrie lucrarea publicată pe 12 mai 2021 în Scrisori de recenzie fizică.

„Din fericire, deoarece majoritatea proceselor fizic interesante sunt simple sau suficient de structurate pentru a nu semăna cu un proces aleatoriu, rezultatele nu condamnă învățarea mecanică cuantică, ci mai degrabă subliniază importanța înțelegerii limitelor sale”, a spus el. Holmes.

În experimentul de gândire clasic al lui Hayden-Preskill, o Alice fictivă aruncă informații ca o carte într-o gaură neagră care amestecă text. Însoțitorul său, Bob, îl poate recupera în continuare prin încurcare, o trăsătură unică a fizicii cuantice. Cu toate acestea, noua lucrare demonstrează că limitările fundamentale ale capacității lui Bob de a învăța detaliile fizicii unei găuri negre date înseamnă că reconstituirea informațiilor din carte va fi foarte dificilă sau chiar imposibilă.

„Orice informație utilizată de un broker de informații, cum ar fi o gaură neagră, va ajunge la un punct în care algoritmul de învățare automată se află pe un platou sterp și, prin urmare, nu poate fi instruit. Asta înseamnă că algoritmul nu poate învăța procesele de codificare “, a spus Andrew Sornborger, informatician din Los Alamos și coautor al lucrării. Sornborger este directorul Centrului de Științe Cuantice Los Alamos și un lider în algoritmii și simularea centrului. este o colaborare multi-instituțională condusă de Oak Ridge National Laboratory.

Platourile sterpe sunt regiuni ale spațiului matematic al algoritmilor de optimizare în care capacitatea de a rezolva problema devine exponențial mai dificilă pe măsură ce crește dimensiunea sistemului studiat. Acest fenomen, care limitează sever capacitatea rețelelor neuronale cuantice pe scară largă, a fost descris într-o lucrare recentă de o echipă legată de Los Alamos.

„Lucrările recente au identificat potențialul învățării mașinilor cuantice ca un instrument formidabil în încercările noastre de a înțelege sistemele complexe”, a spus Andreas Albrecht, coautor al cercetării. Albrecht este director al Centrului pentru Matematică și Fizică Cuantică (QMAP) și un profesor distins în cadrul Departamentului de Fizică și Astronomie de la UC Davis. „Munca noastră indică considerații cheie care limitează capacitățile acestui instrument.”

În experimentul de gândire al lui Hayden-Preskill, Alice încearcă să distrugă un secret, codificat într-o stare cuantică, aruncându-l în cea mai rapidă gaură neagră a naturii. Bob și Alice sunt un duet fictiv dinamic cuantic pe care fizicienii îl folosesc adesea pentru a reprezenta agenții într-un experiment mental.

„S-ar putea crede că acest lucru ar face secretul lui Alice destul de sigur”, a spus Holmes, „dar Hayden și Preskill au susținut că, dacă Bob cunoaște dinamica unității implementată de gaura neagră și împărtășește o stare de încurcare maximă cu gaura neagră, este posibil să se decodeze Secretul Aliciei prin colectarea câtorva fotoni suplimentari emiși din gaura neagră. Dar acest lucru ridică întrebarea: cum ar putea Bob să învețe dinamica implementată de gaura neagră? Ei bine, nu prin învățarea cuantică a mașinilor, conform descoperirilor noastre ”.

O piesă cheie a noii teoreme dezvoltată de Holmes și de coautorii săi nu presupune nicio cunoaștere prealabilă a coridorului cuantic, situație puțin probabilă să apară în știința lumii reale.

„Munca noastră atrage atenția asupra pârghiei enorme pe care o pot avea chiar și cantități mici de informații anterioare asupra capacității noastre de a extrage informații din sisteme complexe și de a reduce potențial puterea teoremei noastre”, a spus Albrecht. „Abilitatea noastră de a face acest lucru poate varia foarte mult între diferite situații (așa cum analizăm de la considerarea teoretică a găurilor negre până la situații specifice controlate de om aici pe pământ). Cercetările viitoare pot oferi exemple interesante, atât în ​​situații în care teorema noastră rămâne pe deplin valabilă și în altele în care poate fi evitată.

Referință: „Barren Plateaus Preclude Learning Scramblers” de Zoë Holmes, Andrew Arrasmith, Bin Yan, Patrick J. Coles, Andreas Albrecht și Andrew T. Sornborger, 12 mai 2021, Scrisori de recenzie fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.190501

Finanțare: Departamentul Energiei din SUA, Oficiul Științei

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.