在一些科幻故事中,蝴蝶是一种神奇的小生灵,它们可以冲破平衡,凭借其眇小的能量,引发持续串越来越重大的事宜,制造出一场山崩地裂。这种神秘的效应在许多文学作品和影视作品中都有过涌现,比如电影《生活多美好》(1946),科幻小说《雷鸣之音》(1952),电影《蝴蝶效应》(2004)中等等。
这种过去的一个眇小变革,导致了在未来涌现巨大变革的效应,并不但存在于虚拟天下中。上世纪60年代,美国气候学家爱德华·洛伦兹(Edward Lorenz)在利用打算机程序进行打算时,将初始数值0.506127省略地设置成了0.506,结果天生了完备不同的景象场景。这一有时的创造让他意识到,在自然系统中,初始条件上涌现的眇小变革,可以导致发生了剧烈变革的结果。他用“蝴蝶效应”这个词语来生动地描述这种征象。
在物理学中,那些眇小的变革不会产生大影响的系统被称为非混沌系统,而蝴蝶效应所磋商的则被称为混沌系统。非混沌系统是非常罕见的,而混沌系统却比比皆是,景象的演化、流体的稠浊都属于混沌系统的范畴。可以说,混沌系统普遍存在于经典物理学。

那么在由量子物理支配的量子天下,情形又如何呢?最近,《物理评论快报》上刊登了一项新的研究,表明物理学家通过创建一个打算机仿照程序,证明了蝴蝶效应在量子领域中并不适用。
在量子天下中,量子物理学的定律描述了亚原子粒子的运动。这些定律常常有悖于我们的直觉和常规逻辑。比如根据量子力学,像电子这样的眇小粒子并不会大略地存在于空间中的某个点上,而是可以同时霸占多个位置。
而根据量子力学中的定律运行的量子打算机,也完备不同于我们熟知的经典打算机。与经典打算机比较,量子打算性能以指数级的速率办理某些问题的机器;经典打算机只涉及到0或1的比特,而量子打算机所利用的是量子比特,能以0或1的叠加态涌现。
叠加态是量子系统所独占的特性,在这些系统中,量子比特的眇小变革也能产生巨大的影响。在新的仿照中,研究职员想知道,当他们让一个量子比特在一个量子打算机里进行“韶光旅行“,并且让个中一个量子比特在这趟韶光之旅中遭到严重的毁坏时,会发生什么。
详细来说,在仿照中,研究职员让“Alice“(量子思想实验中的常驻高朋)持有一些量子比特,并通过逆运行量子打算机,让Alice将个中一个量子比特带回到过去。当她回到迢遥的过去,“Bob“(量子思想实验中的另一常驻高朋)就会对Alice的量子比特进行丈量,并毁坏这个量子比特与天下的量子关联。接着,研究职员让量子打算机正向运行,让Alice将这个被改变的量子比特带回到现在。
如果蝴蝶效应在量子领域中仍旧适用,那么Bob对量子比特造成的眇小损耗将会在繁芜的正向运行中被迅速放大,因此Alice将无法从这个量子比特中恢复原始信息。但是根据仿照结果来看,随着韶光的推移,即便有Bob的滋扰,Alice仍神奇地规复了她的原始信息。
这样的仿照结果非常令人意外。这有别于我们过去对韶光旅行的认知,即在做出了一点改变之后,天下会变得无法辨认。这意味着,蝴蝶效应并不存在于量子领域中,表明在经典物理学和量子力学中,须要不同地看待混沌的观点。
这一创造也进一步地加深了我们对量子系统的理解,为现实天下中的一些运用带来了启迪。
以信息加密为例,加密遵照两个主要的原则,一个是它须要被藏匿得非常好,使得其他人无法从中获取信息;另一个是信息的目标用户须要可以通过可靠的方法对它进行破译。因此当一个黑客想要破解隐蔽一个信息时,他或许无法破译它,但可以选择对它进行毁坏,从而阻挡其他人阅读到原始信息。而新的研究结果则为避免这种情形发生供应了一个新方法,使得信息即便遭到了毁坏,也能让吸收者吸收到它。
此外,由于这种效应是量子系统独占的,因此理论上看,它可被用来考验量子打算机的事情性能。如果未来有人能在量子打算机上重演这项研究所展现的模式,那么就可以证明这个别系确实是按照量子事理运行的,这对付出错率极高的量子打算机来说意义重大。
参考来源:
https://www.lanl.gov/discover/news-release-archive/2020/July/0728-quantum-time-travel.php
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.040605
https://www.discovermagazine.com/the-sciences/does-the-butterfly-effect-exist-maybe-but-not-in-the-quantum-realm