Un nou studiu al unei călătorii simulate în trecut a unui sistem cuantic arată că aşa-numitul efect fluture pentru astfel de sisteme nu este valabil; sistemul se întoarce în prezent mai mult sau mai puţin fără să sufere daune majore.

Faimosul efect fluture, cel în care o mică schimbare în condiţiile iniţiale are ca efect o schimbare majoră în evoluţia sistemului, este un efect faimos, inventat de Edward Lorenz, care arăta cum formarea unui uragan poate fi condiționată de bătăile de aripi ale unui fluture în urmă cu mai multe săptămâni într-un loc îndepărtat. 

Ce se întâmplă însă cu acest efect dacă în locul unui sistem clasic avem un sistem cuantic? Un sistem format de exemplu din qubiţi – adică echivalentul cuantic al bitului, care se găseşte într-o suprapunere cuantică de stări. Dacă un astfel de sistem călătoreşte în trecut şi i se aplică schimbări, evoluţia sistemului cuantic suferă la rândul ei de un efect fluture cuantic? Evident, o călătorie reală în trecut nu este posibilă (cel puţin la ora actuală), însă aceasta poate fi simulată pe calculator. Este exact ceea ce au făcut doi cercetători, Nicolai Sinistyn, de la Los Alamos National Laboratory şi Bin Yan, postdoc la Center for Nonlinear Studies, Los Alamos, care într-un articol publicat recent în revista Physical Review Letters arată cum că în cazul unui sistem cuantic nu există efectul fluture! Sistemul, după o călătorie virtuală în trecut, evoluează spre prezent într-o stare extrem de asemănătoare cu cea de la care a pornit, chiar dacă în trecut starea sistemului este alterată.

Pentru a obţine aceste rezultat cei doi cercetători au folosit computerul IBM-Q care are un procesor cuantic, cu ajutorul căruia cercetătorii au simulat călătoria în trecut a unui sistem de qubiţi. Cum spuneam qubitul este echivalentul cuantic al bitului clacic; în timp ce bitul poate fi 0 sau 1, qubitul este simultan 0 şi 1 – ceea ce se bazează pe suprapunerea stărilor cuantice, specifică acestei teorii.

Ce anume au descoperit deci cercetătorii? Mai întâi Alice, nume tipic folosit în experimentele cuantice, a pregătit un sistem de qubiţi în prezent. Acest sistem a fost trimis în trecut (repet că este vorba despre o simulare pe calculator şi nu de o călătorie adevărată în trecut!) unde Bob, un alt nume tipic folosit în experimente cuantice mentale, măsoară qubiţii trimişi de Alice distrugându-i. Acest fapt este legat de procesul de măsură – care distruge suprapunerea cuantică colapsând sistemul într-una dintre stări. Această acţiune de măsurare a sistemului de qubiţi efectuată de Bob distruge corelaţiile cuantice.

În cadrul simulării sistemul evoluează spre prezent, ceea ce, dacă efectul fluture şi-ar spune cuvântul, ar trebui să facă astfel încât Alice să nu fie în stare să recupereze informaţia pe care o avea iniţial.

Ceea ce se întâmplă însă este extrem de interesant: cea mai mare parte a informaţiei este ascunsă sub forma corelaţiilor cuantice în trecut, însă aceasta nu se pierde şi nici nu este dăunată. Alice poate să recupereze informaţia din qubiţi aproape fără daune, în ciuda faptului că Bob a alterat şi schimbat starea sistemului în trecut. Ba mai mult, ceea ce s-a observat este că cu cât călătoria în trecut este mai îndepărtată şi cu cât lumea este mai mare, informaţia se întoarce în prezent cu daune din ce în ce mai mici.

Acesta proprietate extrem de interesantă ar putea fi folosită în viitor pentru a verifica dacă un procesor este cu adevărat cuantic sau nu, adică dacă lucrează având la bază proprietăţi cuantice sau dimpotrivă se bazează, cel puţin parţial, pe fizica clasică. Dacă nu există un efect fluture – atunci sistemul este cuantic!

Mecanica cuantică, această teorie a lumii miscoscopice pe care încă o studiem în laboratoarele noastre, este la baza unor noi tehnologii incredibile: precum cumputerele cuantice care, la rândul lor, au proprietăţi incredibile, de exemplu faptul că în aceste lumi cuantice efectul fluture nu este observat.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]