Kvanterygter løber hurtigere end klassiske rygter

Rygter løber hurtigt. En ny analyse ser nærmere på, hvordan rygter i form af kvanteinformation hurtigt kan sprede sig gennem et netværk, og forskerne finder nogle overraskende resultater.

Det er velkendt, at der findes en form for kvante-speedup i forbindelse med den stokastiske proces, der kaldes random walk, som svarer til en person, der på må og få vandrer tilfældigt rundt i en by, hvor alle gader danner et kvadratisk gitter.

I det klassiske tilfælde vil en person i gennemsnit bevæge sig bort i en afstand fra udgangspunktet, der er proportional med kvadratroden af tiden, mens en 'kvanteperson' med hjælp af superpositionsprincippet, der tillader et kvanteobjekt at være flere steder på samme tid, kan dække et område, der er proportionalt med tiden.

Pablo Arrighi, Vincent Nesme og Reinhard F. Werner har nu studeret, hvordan kvanteinformation kan udbrede sig i ikke-tilfældige systemer.

De betragter et netværk, hvor tilstanden af en celle (eller et gitterpunkt) er bestemt af værdier i nabocellerne. Ændrer man derfor værdien i én celle, vil det påvirke nabocellerne, og det vil igen påvirke deres naboceller osv. På den måde forplanter ændringen sig gennem hele netværket som et rygte med mund til øre-metoden. Spørgsmålet er kun hvor hurtigt – og om kvanterygter spreder sig hurtigere end klassiske rygter.

Analysen er ganske kompliceret, men i korthed kan man sige, at da et kvante-naboområde er større end et klassisk naboområde – og det har igen noget med superpositionsprincippet at gøre – så kan en kvantecelle påvirke flere celler på samme tid.

Dermed burde det være intuitivt, at et kvante-rygte hurtigere løber gennem hele netværket end et klassisk rygte.

Denne kvalitative forklaring er meget fin, men ud fra et teoretisk perspektiv er det mere interessant, at de tre forskere giver en præcis kvantitativ beskrivelse af, hvor stort dette kvante-speedup kan blive, og ikke mindst at de finder, at i meget store netværk forsvinder kvantefordelen stort set. Asymptotisk set går fordelen mod nul, når netværket vokser.

I artiklen forklarer de tre teoretikere, at skal et rygte udbrede sig gennem mange led for at nå hele netværket igennem, så er det effektivt set kun i et enkelt led, man får gavn af kvanteeffekterne. I alle andre led løber selv kvanterygter på helt klassisk vis.

Så er der måske nogle, som vil spørge, hvad man kan bruge det til. Hertil vil jeg svare: Det ved jeg ikke – og det forsøger de tre teoretiker heller ikke at give et bud på. De er nok også ligeglade ...

Otte år undervejs

Mon ikke forskerne er mest glade for, at de i det hele taget har fået deres analyse offentliggjort i et videnskabeligt tidsskrift?

Ud over den interessante opdagelse om den øvre grænse for kvante-speedup-effekten er det mest interessante ved denne artikel nemlig, at den har været meget længe undervejs.

Man kan følge artiklens forhistorie på arxiv.org fra den første version fra 2009 til den nuværende fjerde version af artiklen, der for nylig er blevet offentliggjort i Physical Review A.

Der er meget stor forskel mellem første version fra 2009 og tredje version fra 2013, hvorimod fjerde version, som blev færdiggjort i 2016, men altså først nu er udkommet i et fysiktidsskrift, er meget lig tredje version.

Det kan godt være, at de tre forskere har vist, at kvanteinformation kan spredes hurtigt gennem et netværk – ikke mindst i ét enkelt trin. Men historien om deres egen artikel illustrerer fint, at denne gevinst tabes over tid.

Det er godt nok sjældent, at videnskabelige nyheder har så hård en fødsel nu om dage. Anderledes var det i gamle dage med de store gennembrud inden for klassisk fysik. Her var det ikke ualmindeligt, at opdagerne holdt på deres viden i mange år, før de delagtiggjorde andre heri.

Newton udgav eksempelvis først sit store værk Principia i 1687, selv om han allerede havde udviklet det meste i sit mirakelår 1666.

Læs også: Hullet i Newtons lov

Hvis du trods alt synes, det er et pudsigt resultat, så kan du hjælpe med at sprede nyheden og denne artikel gennem dit eget netværk. Lad rygtet løbe videre.