Zip-тесты Квантовая механика


Если вы немного разбираетесь в квантовой механике или информатике, то идея о том, что в этом есть что-то, что можно проверить с помощью знакомого алгоритма сжатия zip, будет казаться такой же странной, как и теория.

Неравенство Белла — один из ключевых критериев, который отделяет истинную квантовую физику от классических теорий, какими бы диковинными они ни были.

Как сказано в Википедии:

«В простейшей форме теорема Белла гласит:

Никакая физическая теория локальных скрытых переменных никогда не сможет воспроизвести все предсказания квантовой механики ».

Теорема основана на том, что происходит, когда у вас есть два запутанных состояния. Независимо от того, насколько далеко друг от друга находятся состояния, измерение одного влияет на результат измерения второго. Этот эффект может показаться мгновенным и связан с перемещением со скоростью, превышающей скорость света, но никакая информация не может быть передана с помощью этого механизма.

Суть неравенства Белла в том, что оно исключает классическое объяснение эффекта с использованием таких вещей, как локальные скрытые переменные, и как таковые проясняет разницу между квантовой и классической физикой.

Больше мультяшных забав на xkcd, веб-комиксе о романтике, сарказме, математике и языке

При проверке неравенства Белла обычно происходит то, что измерения проводятся много раз на наборе идентично подготовленных систем, а затем вычисляются статистические данные. Новый подход не вычисляет вероятности, а обрабатывает измерения, то есть нули и единицы, с помощью пакета сжатия zip.

Достигнутая степень сжатия используется как своего рода прокси для меры информации Колмогорова. Это измеряет регулярность в потоке значений как размер наименьшей программы, которая может его сгенерировать. Упорядоченная последовательность может быть сгенерирована очень маленькой программой, но действительно случайная последовательность нуждается в программе, если она должна ее генерировать. Рассматриваемая величина — нормализованная разница в сжатии — может быть меньше нуля, если Вселенная классическая, даже если имитировать квантовые эффекты. Для квантовой Вселенной он может достигать 0,24.

Чтобы решить эту проблему, был проведен эксперимент, в котором были измерены тысячи запутанных пар фотонов. Затем исследователи использовали архиватор 7-zip для сжатия данных и получили значение больше нуля: 0,0494 ± 0,0076, что означает, что Вселенная является квантовой. Небольшое значение, вероятно, связано с тем, что алгоритм zip не работает на пределе Шеннона, то есть он не обеспечивает максимально возможное сжатие, насколько это возможно теоретически.

Так что же все это значит?

Является ли это доказательством того, что Вселенная строго квантовая, и что мы не сможем исправить классические теории, чтобы скрыть ее поведение в ближайшее время?

Да, это так, но мы уже знаем это из предыдущих тестов неравенства Белла.

В этой работе важен подход.

Цитата из статьи:

«Мы хотели бы подчеркнуть, что наш анализ экспериментальных данных является чисто и последовательно алгоритмическим. Мы не прибегаем к статистическим методам, чуждым концепции вычислений. Если бы этот подход можно было распространить на все квантовые эксперименты, это позволило бы нам чтобы обойти обычно используемую статистическую интерпретацию квантовой теории ».

Я не уверен, что это правильно, поскольку работа алгоритма zip действительно имеет статистическую интерпретацию, непосредственно связанную с автокорреляцией данных. Кажется, что это больше связано с установлением связи между квантовой механикой и алгоритмами в целом, и что эта работа ставит вещи в иную перспективу.

Есть ли у него какое-нибудь применение в будущем — кто знает?

Однако одно можно сказать наверняка: мы действительно не знаем, как думать о квантовой механике — возможно, алгоритмы — лучший способ.


Добавить комментарий