«Эффекта бабочки» не существует: доказано наукой

В научной фантастике такие неожиданные последствия путешествий во времени как "эффект бабочки", может, и становятся большой проблемой, но недавно появились основания считать, что в квантовом мире искажение истории не столь фатально. Для этого физики Николай Синицын и Бинь Ян провели особый эксперимент.

Вот вам история: герой отправляется в прошлое, находит маленького Гитлера и предотвращает Вторую мировую войну, настроив его на мирный лад... Но вдруг... о нет! Поступок запускает цепочку взаимосвязанных событий, которые в итоге мешают нашему герою родиться или, еще хуже, вызывают конец света.

Неожиданные последствия путешествий во времени в стиле "эффекта бабочки" в научной фантастике, может, и становятся большой проблемой. Но недавно у физиков появились основания считать, что в квантовом мире искажение истории - едва ли такая уж беда.

Поскольку отправиться в прошлое все еще слишком сложно, пара физиков из американской Лос-Аламосской национальной лаборатории решили чуть снизить планку и симулировать такое путешествие с помощью квантового компьютера IBM-Q.

"С помощью квантового компьютера можно без проблем симулировать обратную эволюцию или запустить процесс задом наперед в прошлое", - говорит физик-теоретик Николай Синицын.

Конечно, речь не идет о таких сложных вещах, как создание целой вселенной со множеством людей и исторических событий. Но даже воспроизведение отдельной ситуации между разными связанными между собой квантовыми состояниями позволяет ученым проследить, во что в будущем выливаются крошечные изменения в прошлом.

"Так что мы действительно можем увидеть, что произойдет со сложным квантовым миром, если мы отправимся обратно во времени, что-то немного поменяем и вернемся. Мы обнаружили, что мир сохранен, а это значит, что никакого эффекта бабочки в квантовой механике не предполагается", - рассказывает Синицын.

Даже если вы никогда раньше не слышали об эффекте бабочки, вы наверняка сталкивались с ним в фантастических произведениях о путешествиях во времени, где он то и дело дает о себе знать. Например, Рэй Брэдбери упоминал его в рассказе 1952 года "И грянул гром". Там главный герой изменил будущее, всего лишь раздавив бабочку.

Помимо фантастики, отсылка на мощное влияние хрупкой бабочки на историю есть и в физической интерпретации теории хаоса, которую когда-то сформулировал в известном высказывании метеоролог Массачусетского технологического института Эдвард Лоренц (Edward Lorenz):

"Не вызывает ли взмах крыльев бабочки торнадо в Техасе?"

Как и у обреченной бабочки Брэдбери, у этого механизма в рамках теории хаоса могут быть далеко идущие последствия, которые у нас нет надежды когда-либо предугадать, настолько сложны там побочные эффекты.

Но в классическом физическом мире мы можем представить себе принцип домино. Каждая костяшка домино дискретна, и ее поведение предсказуемо (даже если общий связанный с цепочкой процесс в конечном итоге выходит за рамки карт, моделей и алгоритмов).

Квантовые состояния изменяются согласно совершенно другому набору правил, и раньше никто не был уверен в том, как именно эффект бабочки работает в квантовом мире.

В данном случае Синицын и его коллега Бинь Ян хотели узнать, что случится, если они отмотают назад взаимодействия, которые запутывают квантовые волны возможностей, - единицы суперпозиции, которые мы называем кубитами, - а затем совершат действие, аналогичное в квантовом мире уничтожению бабочки. Останется ли будущее таким же?

Для тех, кто интересуется техническими деталями: некоторое число запутанных кубитов пропустили через набор логических ворот, а затем вернули в первоначальное окружение.

После того как они вернулись в исходное положение, ученые произвели измерение, эффективно превратив относящееся к кубитам прекрасное множество "возможностей" в одну устойчивую "действительность" и выведя их из суперпозиции. Затем весь набор кубитов вновь привели в действие.

"Мы обнаружили, что даже если перемещенный кубит изменит какое-то из запутанных состояний, мы все равно с легкостью сможем восстановить полезную информацию, потому что повреждение не умножается в процессе декодирования", - говорит Ян.

Оказывается, наша агонизирующая бабочка в квантовом мире не играет никакой роли.

Исследователи предполагают, что запутанная история кубита - это не хрупкий набор переменных, подверженных разрушению, но именно то, что сохраняет его будущее. Чем дальше кубит путешествует назад во времени, тем больше вероятность, что наш герой вернется в настоящее со всей информацией в целости и сохранности.

Прежде чем вы успеете впасть в излишний энтузиазм по поводу последствий этого исследования, давайте кое-что проясним. Ученые вовсе не занимаются созданием потокового накопителя, уж простите. Но результаты эксперимента могут найти интересное применение в будущих квантовых системах - возможно, для того чтобы проверить, работают ли они по-прежнему по квантовым правилам.

"Мы обнаружили, что понятие хаоса в классической физике и квантовой механике надо трактовать по-разному", - говорит Синицын.