时间的颤动：量子力学不受蝴蝶效应的影响

我的科幻故事“雷声”，一个人物穿越到遥远的过去，无意中将一只蝴蝶压在脚下。这一微小变化的后果波及整个现实，以至于在时间旅行者回来后，现在发生了戏剧性的变化。

“蝴蝶效应”描述了许多系统对其启动条件的微小变化的高度敏感性。但是，虽然这是经典物理的一个特征，但目前还不清楚它是否也适用于量子力学，量子力学支配着原子和基本粒子等微小物体的相互作用。洛斯阿拉莫斯国家实验室的一对物理学家严斌和尼古拉·西尼琴决定找出答案。正如他们在“物理评论快报”上报道的那样，量子力学系统似乎比经典系统更具弹性。奇怪的是，随着时间的推移，他们似乎有能力修复过去造成的损害。

为了进行他们的实验，严博士和Sinitsyn博士在由制造的一台小型量子计算机上进行了模拟。他们构建了一个由“量子比特”组成的简单量子系统，量子比特是经典计算机使用的熟悉的1或0比特的量子模拟。和普通比特一样，量子比特可以是1也可以是0。但它也可以以“叠加”的形式存在，这是两种状态同时存在的幻想组合。

在建立了系统后，作者通过将其状态设置为零来准备一个特定的量子比特。然后，这个量子比特被允许在一个被称为“量子加扰”的过程中与其他量子比特相互作用，在这种情况下，这个过程模仿了量子系统在时间上倒退的效果。一旦完成了对过去的虚拟进军，作者们就扰乱了选定的量子比特，破坏了它的本地信息以及它与其他量子比特的关联。最后，作者对现已损坏的系统进行了反向加扰处理。这类似于让量子系统在时间上一直向前运行到一切开始的地方。

然后，他们检查所选量子比特的最终状态与实验开始时分配给它的零状态有多相似。经典的蝴蝶效应表明，研究人员的干预应该已经相当彻底地改变了它。结果，量子比特的原始状态几乎完全恢复了。它的状态并不完全是零，但从量子力学的角度来看，它是到达那里的98.3%，这一差异被认为是微不足道的。“‘正向进化’之后的最终输出状态基本上与‘反向进化’之前的输入状态相同，”辛尼琴博士说。“可以将其视为相同的输入状态加上一些小的背景噪音。”最奇怪的事实是，在模拟时间内，损伤造成的时间越早，恢复的速度就越快-就好像量子系统正在随着时间的推移自我修复一样。

这一切背后的机制被称为“纠缠”。当量子物体相互作用时，它们的状态会变得高度相关--“纠缠”--在某种程度上，这种方式可以将有关一个量子物体的状态的局域信息作为一个整体在整个系统中扩散。损坏系统的一个部分不会像破坏经典系统那样破坏信息。当你的笔记本电脑崩溃时，你不会丢失你的工作，而是拥有一个高度纠缠的系统，这有点像在房子的每个房间里都藏着备份。即使被扰乱的量子比特中保存的信息丢失了，它与系统中其他量子比特的链接也可以恢复它。

结果是蝴蝶效应似乎不适用于量子系统。除了让微小的时间旅行者的生活安全之外，这可能还会对量子计算产生影响，这是一个公司和国家都在投资数十亿美元的领域。牛津大学的物理学家娜塔莉亚·阿雷斯说：“我们认为量子系统，特别是量子计算中的量子系统非常脆弱。”这一结果表明，量子系统实际上可以出人意料地强大，这是一个令人鼓舞的发现，对该领域未来的潜在进展来说是个好兆头。“。

这篇文章发表在印刷版的科技版上，标题是“时间的颤动”。