Всем любителям научной фантастики известен такой термин как эффект бабочки. Под ним принято понимать, что любое незначительное действие может привести масштабным последствиям в другом месте и времени. Наиболее ярко данный эффект раскрывается в научно-фантастических произведениях связанных с путешествиями во времени: фильм "Назад в будущее" или роман "И грянул гром". Данный эффект возможен по той причине, что в системах времени описанных в приведённых выше произведениях, время представляет собой хаотичную систему. В подобных системах любое изменение со временем приводит к экспоненциально увеличивающемуся повреждению системы.
Обычно в противовес данной теории выступает ещё одна, так называемый Принцип самосогласованности Ноовикова, в котором эффект бабочки не возможен как таковой из-за того, что любые изменения в системе которые вы планируете совершить в прошлом уже произошли. Но, есть системы, о которые разбиваются обе этих теории — квантовые. Бин Ян и Николай Синицин из Лос-Аламосской национальной лаборатории решили провести эксперимент моделирующий путешествие во времени внутри квантовой системы. Результатами своей работы они поделились Physical Review Letters.
Для того чтобы отправить кубит назад во времени учёным пришлось разработать особый алгоритм. Отправитель (Алиса) зашифровывает данные одного кубита с помощью обратимой эволюции взаимодействующих кубитов: таким образом, получается система из зашифрованного кубита и бассейна из остальных кубитов, через которые он зашифрован. Аналогом путешествия во времени для данного кубита будет процесс его расшифровки, который представляет собой алгоритм полностью зеркальный шифрованию.
Неосторожным путешественником во времени стал Боб — он вмешивается в процесс между шифрованием и расшифровкой, измерив состояние одного кубита, нарушив запутанность между ним и остальной системой. Согласно теореме о сокрытии, информация исчезнуть не может — она остается зашифрованной в состоянии остальных кубитов. В итоге, несмотря на то что Отправитель не знал об изменениях, произошедших в системе, а потому продолжал процесс расшифровки в нормальном режиме, оказалось, что Алиса все еще может с помощью квантовой томографии восстановить информацию с кубита.
Для того чтобы проверить жизнеспособность новой теории учёным предстояло доказать, что подобный эффект распространяется на все системы с квантовым шифрованием. В качестве примера одной из таких систем ученые численно рассчитали модель бассейна из ядерных спинов — центральное ядро со спином 1/2 взаимодействует с бассейном из неизвестного числа ядер со спином 1/2. В начале эксперимента центральный спин был направлен вертикально, а состояние остального бассейна было установлено на максимально смешанное. Затем ученые запустили эффект, так называемой, эффект унитарной эволюции смоделировав уравнение Шредингера. По итогу эксперимента физикам удалось получить число вероятностей, при котором после случайного взаимодействия центральное ядро окажется в неизменном состоянии.
Как оказалось влияние стороннего вмешательства было минимальным, что полностью соотвествовало выдвинутой авторами теории.
В качестве финальной проверки теорию было решено проверить на реальном квантовом компьютере. Дело в том, что в них всегда имеет место быть естественная декогеренция, устойчивость, к которой может напрямую говорить о жизнеспособности теории. Итоговая точность измерений проведённых на пятикубитном компьютере IBM с учетом декогеренции составила 0,983. Фактически это означает, что естественная декогеренция незначительно влияет на этот протокол. В классической системе такое было бы невозможно из-за эффекта бабочки, который гарантировано, привел бы к частичной или полной потери данных.
Исследование, безусловно, интересное ак с точки зрения квантовых вычислений, так и с позиции учёных бьющихся над секретом путешествий во времени, однако последнее всё ещё можно считать чем-то из раздела научной фантастики.
