بیگ بنگ: محققان با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی برای شبیه‌سازی “سفر در زمان” نشان دادند که در قلمرو کوانتومی هیچ اثر پروانه‌ای وجود ندارد. در این پژوهش، اطلاعات کیوبیت یا بیت‌های کوانتومی، به گذشته شبیه‌سازی شده سفر کردند. یکی از آنها به شدت آسیب می‌بیند، مانند پروانه‌ای که له شده، با کمال تعجب، وقتی همه کیوبیت‌ها به زمان حال باز می‌گردند، عمدتا بی‌تغییر به نظر می‌رسند، گویی “واقعیت” خود را بهبود بخشیده است.

به گزارش بیگ بنگ، “نیکولای سینیتسین”، فیزیکدان نظری در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و یکی از نویسنده مقاله گفت: «در کامپیوتر کوانتومی، مشکلی برای شبیه‌سازی تکامل زمان در جهت معکوس، یا شبیه‌سازی اجرای فرایندی وارونه وجود ندارد. در حقیقت ما می‌توانیم ببینیم که اگر در زمان به گذشته سفر کنیم، خسارت کمی وارد کنیم و برگردیم، چه اتفاقی برای یک جهان کوانتومی پیچیده رخ می‌دهد. ما فهمیدیم که جهان ما زنده می‌ماند، به این معنی که هیچ اثر پروانه‌ای در مکانیک کوانتومی وجود ندارد.»

در داستان علمی- تخیلی ری بردبری در سال 1952 بنام “آوای تندر”، شخصی با استفاده از ماشین زمان به گذشتۀ دور سفر می‌کند، جایی که پا بر روی یک پروانه می‌گذارد و آن را له می‌کند. با بازگشت به زمان حال، دنیای متفاوتی می‌بیند. این داستان اغلب به اصطلاح “اثر پروانه‌ای” معروف است، که به حساسیت فوق‌العاده بالای یک سیستم پیچیده و پویا نسبت به شرایط اولیه‌اش اشاره دارد. در چنین سیستمی، عوامل اولیه و كوچک به شدت تحت تأثیر تحول كل سیستم قرار می‌گیرند.

در عوض، محققان دریافتند كه در شبیه‌سازی بازگشت به گذشته، ایجاد آسیب محلی كوچک در یك سیستم كوانتومی، فقط منجر به آسیب محلی ناچیز و کوچک در زمان حال می‌شود. این اثر کاربردهای بالقوه‌ای در سخت افزارهای مخفی کننده اطلاعات و آزمایش دستگاه‌های اطلاعاتی کوانتومی دارد. با تبدیل حالت اولیه به حالت کاملا درهم تنیده، اطلاعات توسط کامپیوتر مخفی می‌شوند.

“بین یان” یکی دیگر از محققان گفت: «ما دریافتیم كه حتی اگر یک مزاحم در یک حالت کاملا درهم تنیده، اندازه‌گیری‌های مخرب را انجام دهد، ما هنوز هم می‌توانیم به راحتی اطلاعات مفید را بازیابی كنیم، زیرا این آسیب با فرآیند رمزگشایی تقویت نمی‌شود. این صحبت در مورد ایجاد سخت افزار کوانتومی است برای پنهان کردن اطلاعات استفاده خواهد شد.

این یافتۀ جدید همچنین می‌تواند برای آزمون اینکه آیا پردازنده کوانتومی در واقع با اصول کوانتومی کار می‌کند، استفاده شود. از آنجا که اثر جدید بدون پروانه کاملاً کوانتومی است، اگر پردازنده‌ای سیستم یان و سینیتیسین را اجرا کند و این اثر را نشان دهد، پس باید پردازنده کوانتومی باشد.

برای آزمایش اثر پروانه در سیستم‌های کوانتومی، محققان از تئوری و شبیه‌سازی‌هایی با پردازندۀ کوانتومی IBM-Q استفاده کردند تا نشان دهند چگونه یک مدار می‌تواند با استفاده از گیت‌های کوانتومی، یک سیستم پیچیده را تکامل بخشد. در این آزمایش تیمی، “آلیس” عامل محبوب مورد استفاده برای آزمایش‌های فکری کوانتومی، یکی از کیوبیت‌های خود را در زمان حال آماده کرده و از طریق کامپیوتر کوانتومی به صورت معکوس اجرا می‌کند. در گذشته‌های دور، یک عامل مخرب(باب)، کیوبیت آلیس را اندازه‌گیری می‌کند. این عمل کیوبیت را آشفته می‌کند و تمام همبستگی‌های کوانتومی آن را با سایر جهان از بین می‌برد. سپس، سیستم به زمان حال منتقل می‌شود.

به گفته “ری بردبری”، آسیب كوچك باب به حالت و تمام آن همبستگی‌های گذشته باید به سرعت در طی تکامل پیچیده و رو به جلو زمان تقویت شود. از این رو، در پایان آلیس قادر به بازیابی اطلاعات خود نیست. اما در این ازمایش این اتفاق روی نداد.

محققان دریافتند که بیشتر اطلاعات محلی فعلی به صورت همبستگی‌های کوانتومی در گذشته دور پنهان بوده است که با دستکاری جزئی نمی‌تواند آسیب ببیند. آنها نشان دادند که اطلاعات با وجود دخالت باب بدون آسیب زیادی به کیوبیت آلیس باز می‌گردند. به طور غیرقانونی، برای سفرهای عمیق‌تر به گذشته و برای جهان‌های بزرگتر، اطلاعات نهایی آلیس با آسیب کمتری به او باز می‌گردد. سینیتسین گفت: «ما دریافتیم که مفهوم هرج و مرج در فیزیک کلاسیک و در مکانیک کوانتوم باید متفاوت درک شود.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: هومن علی نژاد / سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org