Симулация на пътешествие във времето е показала, че квантов „ефект на пеперудата“ не съществува

В научната фантастика такива неочаквани последствия от пътешествията във времето като „ефекта на пеперудата“ могат да бъдат голям проблем, но наскоро се появиха основания да се смята, че в квантовия свят такова изкривяване на историята не е фатално. За тази цел физици от американската Национална лаборатория в Лос Аламос са провели особен експеримент на квантовия компютър IBM-Q. Резултатите от това изследване са публикувани в списанието Physical Review Letters.

Мислено да си представим следната история: Герой се отправя в миналото, намира малкия Хитлер и предотвратява Втората световна война, настройвайки го да бъде едно добро и мирно дете…. Но изведнъж… о, не! Това действие стартира верига от взаимосвързани събития, които в крайна сметка пречат на нашия герой да се роди или още по-лошото – предизвиква края на света.

В научната фантастика такива неочаквани последствия от пътешествията във времето, като „ефекта на пеперудата“, могат да бъдат голям проблем, но наскоро се появиха основания да се смята, че в квантовия свят изкривяванията на историята едва ли ще предизвикат голяма беда.

Тъй като да се върнем в миналото все още е невъзможно, двама физици от американската Национална лаборатория в Лос Аламос са решили да опростят задачата за квантовия свят и да симулират такова пътешествие с помощта на квантовия компютър IBM-Q.

„С помощта на квантов компютър може без проблеми да се симулира обратна еволюция или да се стартира процес отзад напред в миналото“. – обяснява физика-теоретик Николай Синицин.

Разбира се, не става въпрос за някакви сложни неща, като създаване на цяла жив свят с много хора и исторически събития. Но даже възпроизвеждането на отделни събития между различни взаимосвързани квантови състояния позволява на учените да проследят до какво ще доведат малки изменения в миналото.

„По този начин ние действително можем да видим, какво се случва със сложния квантов свят, ако ние се върнем обратно във времето, направим малка промяна и се върнем отново. Ние открихме, че светът се запазва, а това означава, че никакъв ефект на пеперудата в квантовата механика не съществува“ – разказва Синицин.

Даже ако вие никога по-рано не сте чували за ефекта на пеперудата, вие със сигурност сте се сблъсквали с него във фантастичните произведения за пътешествията във времето, където той води до най-неочаквани развръзки. Например в разказа на Рей Бредбъри „ И гръмна гръм“ главният герой променя бъдещето само с едно неволно смачкване на една пеперуда.

Но освен във фантастиката, мощното влияние на нежната пеперуда върху историята намира своето отражение във физическата интерпретация на теорията на хаоса, която преди време е сформулирал Едуард Лоренц, метеоролог от Масачузетския технологичен институт, питайки: „Ще предизвика ли един размах на крилете на пеперуда в Бразилия торнадо в Тексас?“

Както и при обречената пеперуда в разказа на Бредбъри, така и в този механизъм в рамките на теорията на хаоса, могат да съществуват непредсказуеми последствия, които няма никаква надежда да предскажем, тъй като там страничните ефекти са много сложни.

В класическия физически свят ние можем да си представим принципа на доминото. Всяка плочка от доминото е дискретна и нейното поведение е предсказуемо, даже ако общия процес, свързан с веригата, в крайна сметка излиза извън рамките на плочките, моделите и алгоритмите.

Квантовите състояния се променят по абсолютно друг набор от правила и по тази причина никой преди това не е бил уверен как именно ефектът на пеперудата ще работи в квантовия свят.

В новото изследване Синицин и неговия колега Бин Ян са решили да разберат какво ще се случи, ако те върнат назад взаимодействията, които заплитат квантовите вълни на възможностите, тоест единиците на информация в квантовите компютри, които се наричат кюбити ( те могат да бъдат в състояние на 1,0 и суперпозиция,тоест междинна позиция), а след това извършим действия, аналогични в квантовия свят на унищожаване на пеперудата. Ще остане ли бъдещето същото?

От техническа гледна точка, това изглеждало така: известно количество заплетени кюбити били пропуснати през набор от логически врати, а след това ги върнали обратно в началното състояние. След като те се върнали в изходното си положение, учените провели измерване , ефективно превръщайки, отнасящите се към кюбитите множество „възможности“ в една устойчива „действителност“, извеждайки ги от суперпозиция.

„Ние открихме, че ако преместен кюбит промени някое от заплетените си състояния, ние след това лесно можем да възстановим полезната информация, тъй като „повредата“ не се увеличава в процеса на декодиране“ – обяснява Ян.

Оказва се, че агонизиращата пеперуда в квантовия свят не играе никаква роля.

Изследователите предполагат, че заплетената история на кюбитите, това не е чуплив набор от променливи, заплашени от унищожение, а именно това, което съхранява бъдещето. Колкото кюбитът пътешества по-назад във времето, толкова е по-голяма вероятността нашият герой да се върне в настоящето с всичката информация.

Преди да успеете да изпаднете в прекален ентусиазъм по повод резултатите от това изследване, трябва да се има предвид, че учените не се занимават със създаването на машина за пътешествие във времето. Но резултатите от това изследване могат да бъдат много полезни в бъдещите квантови системи, например да се проверява дали те работят както преди по квантовите правила.

„Ние открихме, че понятието хаос в класическата физика и квантовата механика трябва да се тълкуват съвсем различно“ – резюмира Синицин.