Faimosul efect fluture, cel in care o mica schimbare in conditiile initiale are ca efect o schimbare majora in evolutia sistemului, este un efect faimos, inventat de Edward Lorenz, care arata cum formarea unui uragan poate fi condiționata de bataile de aripi a unui fluture in urma cu mai multe saptamani intr-un loc indepartat.

Ce se intampla insa cu acest efect daca in locul unui sistem clasic avem un sistem cuantic? Un sistem format de exemplu din qubiti – adica echivalentul cuantic al bitului, care se gaseste intr-o suprapunere cuantica de stari.

Daca un astfel de sistem calatoreste in trecut si i se aplica schimbari, evolutia sistemului cuantic sufera la randul ei de un efect fluture cuantic? Evident, o calatorie reala in trecut nu este posibila (cel putin la ora actuala), insa aceasta poate fi simulata pe calculator.

Este exact ceea ce au facut doi cercetatori, Nicolai Sinistyn, de la Los Alamos National Laboratory si Bin Yan, postdoc la Center for Nonlinear Studies, Los Alamos, care intr-un articol publicat recent in revista Physical Review Letters arata cum ca in cazul unui sistem cuantic nu exista efectul fluture! Sistemul, dupa o calatorie virtuala in trecut, evolueaza spre prezent intr-o stare extrem de asemanatoare cu cea de la care a pornit, chiar daca in trecut starea sistemului este alterata.

Pentru a obtine aceste rezultat cei doi cercetatori au folosit computerul IBM-Q care are un procesor cuantic, cu ajutorul caruia cercetatorii au simulat calatoria in trecut a unui sistem de qubiti. Cum spuneam qubitul este echivalentul cuantic al bitului clacic; in timp ce bitul poate fi 0 sau 1, qubitul este simultan 0 si 1 – ceea ce se bazeaza pe suprapunerea starilor cuantice, specifica acestei teorii.

Ce anume au descoperit deci cercetatorii? Mai intai Alice, nume tipic folosit in experimentele cuantice, a pregatit un sistem de qubiti in prezent. Acest sistem a fost trimis in trecut (repet ca este vorba despre o simulare pe calculator si nu de o calatorie adevarata in trecut!) unde Bob, un alt nume tipic folosit in experimente cuantice mentale, masoara qubitii trimisi de Alice distrugandu-i.

Acest fapt este legat de procesul de masura – care distruge suprapunerea cuantica colapsand sistemul intr-una dintre stari. Aceasta actiune de masurare a sistemului de qubiti efectuata de Bob distruge corelatiile cuantice.

In cadrul simularii sistemul evolueaza spre prezent, ceea ce, daca efectul fluture si-ar spune cuvantul, ar trebui sa faca astfel incat Alice sa nu fie in stare sa recupereze informatia pe care o avea initial.

Ceea ce se intampla insa este extrem de interesant: cea mai mare parte a informatiei este ascunsa sub forma corelatiilor cuantice in trecut, insa aceasta nu se pierde si nici nu este daunata. Alice poate sa recupereze informatia din qubiti aproape fara daune, in ciuda faptului ca Bob a alterat si schimbat starea sistemului in trecut.

Ba mai mult, ceea ce s-a observat este ca cu cat calatoria in trecut este mai indepartata si cu cat lumea este mai mare, informatia se intoarce in prezent cu daune din ce in ce mai mici.

Acesta proprietate extrem de interesanta ar putea fi folosita in viitor pentru a verifica daca un procesor este cu adevarat cuantic sau nu, adica daca lucreaza avand la baza proprietati cuantice sau dimpotriva se bazeaza, cel putin partial, pe fizica clasica. Daca nu exista un efect fluture – atunci sistemul este cuantic!

Mecanica cuantica, aceasta teorie a lumii miscoscopice pe care inca o studiem in laboratoarele noastre, este la baza unor noi tehnologii incredibile: precum cumpuerele cuantice care, la randul lor, au proprietati incredibile, de exemplu faptul ca in aceste lumi cuantice efectul fluture nu este observat.

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro