Почему эффект бабочки не работает

Оказалось, что в квантовом мире «эффекта бабочки» не существует

Произведения фантастики учат нас не вмешиваться в ход истории, если нам вдруг довелось оказаться в прошлом. Возможно, для классической физики правило «эффекта бабочки» действительно работает, но в случае квантовой физики реальность, на удивление, оказывается более стабильной.

В классической фантастике путешественники во времени должны подчиняться важному правилу – не совершать в прошлом даже незначительных изменений, чтобы не вызвать «эффект бабочки» — лавину непредсказуемых изменений, приводящих к катастрофическим последствиям: настоящее может стать совершенно иным, а ваши родители – никогда не встретиться.

Однако законы квантовой механики не настолько суровы, как доказали ученые из Национальной лаборатории Лос-Аламос (США) при помощи квантового компьютера, пишет Science Daily.

«На квантовом компьютере нет проблем смоделировать эволюцию, обратную во времени, или запустить процесс назад в прошлое, — сказал Николай Синицын, один из исследователей. – Так что мы действительно можем наблюдать, что происходит с комплексным квантовым миром, если мы отправимся назад во времени, разрушим что-нибудь и вернемся. Мы обнаружили, что мир выживет, то есть эффекта бабочки в квантовой механике нет».

При помощи квантового процессора IBM-Q команда ученых создала комплексную систему с помощью квантовых ворот и продемонстрировала причину и последствия, запустив ее вперед и назад во времени. Модель включала двух гипотетических субъектов, Элис и Боба, у которых было по кубиту – квантовому биту информции.

В данном сценарии Элис из настоящего отсылала свой кубит в прошлое. В этом моменте Боб взаимодействовал с этим кубитом, измеряя его. Затем он отсылал послание в будущее, где Элис проверяла кубит.

Если бы правила «эффекта бабочки» были верны для квантового мира, то незначительное воздействие Боба на кубит, связанный с таким большим числом переменных, должно полностью изменить систему в настоящем. Однако этого не произошло. Кубит Элис вернулся назад относительно невредимым, и она смогла восстановить информацию, которую он нес. Любопытно то, что именно большое количество переменных на самом деле спасло его от повреждений – информация в настоящем кубита была спрятана в квантовых корреляциях в глубинах прошлого. Эту сеть связей не так-то просто разрушить.

Еще страннее то, что чем дальше в прошлое направляется кубит, тем сложнее становится система и тем меньше ущерба от квантовых помех.

«Мы обнаружили, что представление о хаосе в классической физике и в квантовой механике следует понимать по-разному», — пояснил Синицын.

У эксперимента есть практическая ценность. Во-первых, поскольку классический процессор не может провести подобное моделирование, его можно использовать для того, чтобы проверить, действительно ли квантовый компьютер работает по квантовым принципам. Во-вторых, результаты можно использовать для создания новых протоколов безопасности информации в квантовых системах.

Квантовый компьютер для коммерческого использования компания IBM впервые представила на прошлогодней выставке CES в Лас-Вегасе. Стеклянную капсулу с процессором на 20 кубитов можно арендовать на время через облачный сервис.

Хайтек+ уже много месяцев входит в 30-ку лучших каналов Дзена. Рекомендуем подписаться и рассказать о нас друзьям.

Источник

Почему эффекта бабочки не существует в мире квантовой физики

Путешествия в прошлое давно волнуют умы не только ученых, но и деятелей искусства. Еще бы, ведь это, по идее, должно быть невозможно. Условно говоря, если человек окажется во времени задолго до своего рождения, то это может привести к тому, что он не родится, а дальнейшая цепочка событий не приведет его к условной машине времени. И эффект бабочки тоже крутится вокруг похожей проблемы. Даже мелкая, на наш взгляд, деталь может стать крайне более значимой в контексте. И тем удивительнее, что в квантовом мире этого эффекта нет.

Эффект бабочки

Сам по себе эффект бабочки слишком поэтичен. Мы уже рассказывали в нашей статье о прогнозах погоды, и какое он имеет отношение к ним. Так, раньше ученые не имели большой точности измерений, что и создавало ситуацию непонимания, что же произойдет дальше. Сегодня же специалисты уже лучше ориентируются в цифрах, и условный взмах крыльев бабочки является учтенной переменной в прогнозах погоды. Но для потенциальных перемещений в прошлое в рамках нашей физики у этой проблемы нет решения.

Конечно, пока нас не слишком-то заботит это, ведь фактически машины времени мы не имеем и повлиять на прошлое, уничтожив настоящее, тоже не можем. Казалось бы, это правило едино для всех систем координат, кроме фантастических в различных фильмах, где его докручивают сценаристы. Но выяснилось, что квантовому миру эффект бабочки тоже не представляет угрозы. И вот почему.

Что придумали ученые

Для того чтобы проверить свою теорию, ученые воспользовались квантовым компьютером и запустили на нем комплексную систему, анализирующую причины и следствия. Основной этой модели были некие несуществующие Элис и Боб, у каждого из которых было по кубиту информации (квантовый бит). По задумке, Элис отправляла свой кубит в прошлое. Там Боб взаимодействовал с ним, измеряя его, после чего отправлял в будущее. С точки зрения логики или эффекта бабочки, эта связь неразрывна. Но вычисления показали обратное.

В квантовом мире исчезновение бабочки в начале существования цивилизации останется практически незамеченным. Фото: Sam McMillan

Когда кубит Элис подвергался изменениям у Боба, то в лучших традициях он должен был перевернуть мир в будущем, ведь внутри присутствует так много переменных. Но вместо этого именно они и оказались сдерживающей силой. В итоге кубит дошел до Элис практически в том же состоянии, что и был раньше. И причем, чем дальше он уходил в прошлое, тем труднее было подвергнуть его реальным изменениям. Фактически это подтверждает, что представления о хаосе в классической физике и в механике не совпадают.

Интересно и то, что похожую идею доносит до нас трилогия фильмов «Назад в будущее». Если присмотреться к событиям и деталями, то можно обратить внимание, что реальность всеми силами препятствовала каким-то серьезным изменениям, а также ситуациям, которые привели бы к катастрофе. Даже моменты с заминкой машины тоже оказались тщательно «продуманным» ответом вселенной, ведь если бы машина Марти поехала раньше, перед тем как ударила молния, то он просто бы не смог попасть обратно в будущее. Так что, возможно, что частично этот фильм уловил идею квантового мира.

Напомним, что также мы делились видео, наглядно показывающим эффект бабочки в действии. Посмотреть его можно тут.

Источник

Компьютерная симуляция доказала – «эффекта бабочки» не существует

Ну что ж, любители научной фантастики – пришло время разочарований. Помните рассказ Рэя Брэдбери «И грянул гром»? В нем охотник-любитель по имени Экельс отправляется на дорогостоящую охоту в мезозойскую эру, но на обратном пути случайно сходит с тропы и наступает на бабочку. Вернувшись в свое время, герой понимает, что смерть бабочки повлекла за собой череду никому не подконтрольных изменений. Рассказ Брэбери описывает так называемый «эффект бабочки» – теорию, согласно которой даже самые малейшие изменения способны вызвать хаос в будущем. Считается, что взмах крыльев бабочки в Великобритании может послужить причиной торнадо в США. Безусловно, эффект бабочки» отлично «смотрится» в теориях о путешествиях во времени, однако результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, показали, что никаких доказательств эффекта бабочки в квантовой механике не существует.

Эффект бабочки обозначает свойства некоторых хаотичных систем

Термин «эффект бабочки» появился в 1972 году. Все началось с того, что профессор математики Массачусетского университета Эдвард Лоренц собирался выступить на конференции, но забыл отправить организатору тему лекции. В результате организатор мероприятия выбрал тему за Лоренца, которая звучала следующим образом – «предсказуемость: может ли взмах крыла бабочки в Бразилии вызвать торнадо в Техасе?»

Реальны ли путешествия во времени?

Какими бы увлекательными не казались истории о путешественниках во времени, которым удалось изменить ход истории, исследователи из университета Лос-Аламосской Национальной лаборатории, расположенной в штате Нью-Мексико, США, доказали, что такого понятия как «эффект бабочки» для путешественников во времени не существует (конечно, при условии, что путешествия во времени реальны). Как пишут авторы научной работы, им на квантовом уровне удалось доказать, что временная шкала… способна к самовосстановлению. Но что это вообще означает?

Итак, представим, что вы путешествуете назад во времени и хотите, например, предотвратить создание атомной бомбы. Согласно «классическому» сюжету (эффект бабочки), если бы кто-то вернулся назад во времени и изменил прошлое – даже малейшую его деталь – это привело бы к необратимым изменениям временной шкалы. Представьте, как изменился бы мир, если бы атомную бомбу не изобрели в ХХ веке. Появился бы новый Оппенгеймер, Манхэттенский проект? Могло ли быть так, что во время испытаний они потерпели неудачу и в мире воцарилась ядерная зима? Согласитесь, довольно интересный мысленный эксперимент.

Главный герой рассказа «И грянул гром» отправляется поохотиться в мезозойскую эру, но видит тираннозавтра и решает вернуться домой.

Однако, проанализировав сложный мир квантовой физики, ученые обнаружили, что любому потенциальному путешественнику во времени вообще не придется волноваться об изменении прошлого, потому что временная шкала, по сути, лечит сама себя. В ходе компьютерного моделирования часть информации была «отправлена назад во времени», где и была повреждена. Однако по мере того, как фрагмент информации возвращался в «настоящее время», информация в основном оставалась неизменной, тем самым доказывая, что временная шкала исправлялась и исцелялась сама по себе.

Издание Express.co приводит слова Николая Синицына, физика-теоретика из Лос-Аламосской Национальной лаборатории о том, что «на квантовом компьютере нет проблем с имитацией запуска эволюционного процесса в обратном направлении.» Это может показаться удивительным, но сегодня исследователи действительно могут увидеть, что происходит со сложным квантовым миром, если мы путешествуем назад во времени, добавляем небольшие изменения во временную шкалу и возвращаемся обратно.

Авторы работы также обнаружили, что во время таких путешествий мир остается прежним, а это значит, что в квантовой механике не существует эффекта бабочки. Выходит, Экельс мог наступить сразу на десять бабочек мезозойской эры и спокойно вернуться домой. Даже как-то скучно.

Еще больше интересных статей о том, почему наш мир – такое странное и удивительное место читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Компьютерное моделирование и квантовая механика

Так как подобные эксперименты невозможно воспроизвести в реальном мире (по ряду причин), для создания компьютерной симуляции специалисты использовали квантовый компьютер, способный моделировать разные ситуации, их причины и следствия. В подобных экспериментах единицей информации являются кубиты, которые описываются «единицей», «нулем» или смешанной «суперпозицией» обоих состояний. Ранее мы рассказывали о том, что IBM представила свой первый квантовый компьютер массового производства. Подробнее об этом можно прочитать здесь.

Знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг считал, что путешествия назад во времени не возможны

В симуляции кубит был отправлен назад во времени, где был «измерен» – именно это измерение и позволило изменить информацию. Необходимо отметить, что в квантовом состоянии – а квантовая физика штука настолько сложная, что даже лучше эксперты признают, что изо всех сил пытаются ее понять – как только квантовый атом измеряется, он меняет его, перемещая из квантового состояния.

В общем и целом, авторы новой работы обнаружили, что понятие хаоса в классической физике и в квантовой механике должно пониматься по-разному. Кстати, покойный Ричард Фейнман, которого считают одним из крестных отцов квантовой физики, однажды сказал: «Я думаю, что могу с уверенностью сказать, что квантовую механику никто не понимает».

Источник

Ученые смоделировали путешествие во времени: «эффекта бабочки» нет

Что произошло: ученые из США смоделировали путешествие во времени с помощью квантового компьютера IBM-Q. Они выяснили, что в квантовом мире не существует «эффекта бабочки».

Что это такое: «эффект бабочки» — это чувствительность какой-либо системы к условиям ее начального состояния. Изменение этих факторов (даже если они кажутся незначительными) может привести к большим и непредсказуемым последствиям в дальнейшем развитии системы.

Появление термина приписывают писателю Рэю Брэдбери. В его научно-фантастическом рассказе «И грянет гром» главный герой использовал машину времени, чтобы отправиться в глубокое прошлое. Во время путешествия он случайно наступил на бабочку. Вернувшись в настоящее, герой обнаружил, что из-за этой ошибки его реальность сильно изменилась.

Как это работает: в эксперименте информация — кубиты или квантовые биты — отправилась в «прошлое» в смоделированной реальности квантового компьютера. В «прошлом» один из кубитов был сильно поврежден, но когда все биты вернули в «настоящее», они оказались неизменными, как если бы реальность самостоятельно исправила ошибку.

«На квантовом компьютере нет проблем с имитацией процесса эволюции в обратном направлении, — сказал Николай Синицын, физик-теоретик из Лос-Аламосской национальной лаборатории. — Таким образом, мы действительно можем увидеть, что происходит со сложным квантовым миром, если мы отправимся в прошлое, добавим небольшой урон и вернемся. Мы обнаружили, что наш мир выживет, а это значит, что в квантовой механике нет эффекта бабочки».

Что это значит: ученые, проводившие эксперимент, подчеркнули, что его результаты относятся только к квантовой механике. Понятие хаоса в классической физике и в квантовой механике понимается по-разному.

Зачем это нужно: открытие имеет потенциал применения в устройствах, скрывающих информацию. Например, если злоумышленник повреждает и запутывает данные, они могут быть легко восстановлены. Эксперимент поможет создавать квантовое оборудование, которое будет использоваться для надежного сокрытия информации.

Источник