Учени опровергаха „ефекта на пеперудата“ в квантовия свят

Всички познаваме вече изтъркания сюжет – героят отива в миналото, откъсва цвете и се задейства верига от събития в бъдещето, която води до края на света, какъвто го познаваме. Това вече си остава само художествена измислица. Неочакваните последствия от евентуални пътешествия във времето не биха били така апокалиптични, установиха учени. „Ефектът на пеперудата“ не съществува в квантовия свят.

Квантов компютър IBM-Q в лабораторията в Лос Аламос в САЩ симулира пътешествие в миналото и резултатите от изследването са публикувани в списание „Physical Review Letters“. В него американският теоретичен физик Николай Синицин обяснява, че с помощта на компютър от подобен клас може да бъде симулирана дори обратна еволюция и всеки процес да се прегледа в обратно развитие. Учените не са създавали вселена с множество хора и исторически събития, но са възпроизвели ситуации между различни свързани квантови състояния, за да проследят как минимални промени в миналото ще се отразят върху бъдещето.

„Действително можем да видим какво се случва със сложния квантов свят, ако се отправим назад във времето, променим нещичко и се върнем. Откриваме, че светът се е съхранил какъвто е бил, което означава, че никакъв „ефект на пеперудата“ не е възможен според квантовата механика“, казва Синицин.

За пръв път „ефектът на пеперудата“ се споменава в разказа на Рей Бредбъри „Гръм удари“ от 1952 г. В него героят променя бъдещето, като просто смачква една пеперуда. За пеперуда се говори и в интерпретацията на теорията на хаоса според физичните закони, формулирана някога от учения от Масачузетския технологичен институт Едуард Лоренц в прословутата му фраза:

„Може ли пеперуда да размаха крила и да предизвика торнадо в Тексас?“.

В света, управляван от законите на класическата физика, става дума по-скоро за „ефект на доминото“ – всяко помръдване на плочките от доминото е предсказуемо, но процесът в крайна сметка може да доведе до промени, излизащи извън моделите и алгоритмите. Квантовите състояния обаче се променят по съвсем други правила и доскоро никой не беше сигурен как „ефектът на пеперудата“ действа в квантовия свят.

Николай Синицин и неговият колега Бин Ян решили да разберат какво ще се случи, ако разгърнат назад взаимодействията, които заплитат квантовите вълни на възможностите – единици суперпозиции, наречени „кюбити“, а после да извършат действие, аналогично на унищожението на пеперудата. Известен брой кюбити били пропуснати през определен брой „логически врати“, а после върнати в първоначалното си обкръжение. Веднага след това учените направили измерване, с което превърнали множеството възможности в една устойчива действителност за кюбитите, като ги извели от суперпозицията. После отново всички кюбити били задействани.

„Открихме, че дори ако един преместен кюбит промени някое от оплетените състояния, лесно можем да възстановим полезната информация, тъй като увреждането не се мултиплицира в процеса на декодиране“, казва Бин Ян.

Оказва се, че в квантовия свят агонизиращата пеперуда не оказва никакво въздействие на бъдещето.

Изследователите предполагат, че оплетената история на кюбита е устойчив набор от променливи, подложени на разрушение, но именно това опазва неговото бъдеще. Колкото по-назад във времето пътува кюбитът, толкова по-голяма е вероятността да се върне в настоящето с цялата налична информация без съществени промени.

Резултатите от експеримента могат да намерят интересно приложение в бъдещите квантови системи, смятат Синицин и Ян. Така ще бъде контролирано дали системите работят постоянно по квантови правила. Един от важните изводи на двамата физици е, че понятието за хаос в класическата физика и в квантовата механика трябва да бъде тълкувано различно.