通過模擬量子「時間旅行」來證明量子領域中的蝴蝶效應

在量子計算機上向後發展的量子過程會破壞模擬過去的信息，當返回到「現在」時，幾乎不會發生任何變化。

研究人員使用量子計算機模擬時間旅行，證明在量子領域中沒有「蝴蝶效應」。在研究中，信息（量子位或量子位）「穿越時空」進入了模擬的過去。隱喻地講，其中一隻被嚴重破壞，就像踩蝴蝶一樣。令人驚訝的是，當所有的量子位都返回「現在」時，它們看起來基本上沒有改變，就好像現實在自我修復一樣。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）的理論物理學家尼古拉·辛尼森（Nikolai Sinitsyn）說：「在量子計算機上，模擬逆向演化或模擬將過程追溯到過去沒有問題。」也是洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）非線性研究中心的博士後。「因此，如果我們時光倒流，增加小小的傷害並返回，我們實際上可以看到複雜的量子世界會發生什麼。我們發現我們的世界得以生存，這意味著量子力學中沒有蝴蝶效應。」

在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的一個團隊進行的研究中，愛麗絲準備了自己的量子比特，並將信息加擾的U U應用於該量子比特和其他許多量子比特。鮑勃以任何方式測量她的量子位，將量子位翻轉到愛麗絲不知道的狀態。愛麗絲仍然可以通過單個解碼unit U†重建她的信息。

在雷·布拉德伯裡（Ray Bradbury）1952年的科幻小說中，「雷聲」（A Sound of Thunder）中，一個人物使用時光機走到了更深的過去，在那裡他踩著一隻蝴蝶。回到現在，他發現了另一個世界。這個故事經常被冠以「蝴蝶效應」一詞，這是指一個複雜的動態系統對其初始條件的極高敏感性。在這樣的系統中，早期的小因素繼續強烈影響整個系統的發展。

相反，Yan和Sinitsyn發現，模擬返回過去以在量子系統中造成較小的局部損傷，在當前只產生很小的，微不足道的局部損傷。

這種效應在信息隱藏硬體和量子信息設備測試中具有潛在的應用。通過將初始狀態轉換為緊密糾纏的狀態，計算機可以隱藏信息。

「我們發現，即使入侵者在強糾纏狀態下進行了破壞狀態的測量，我們仍然可以輕鬆地恢復有用信息，因為這種破壞不會被解碼過程放大，」 Yan說。「這證明了有關創建將用於隱藏信息的量子硬體的討論是合理的。」

「在量子計算機上，模擬時間逆向演化或模擬向後追溯過去的流程沒有問題。」 — 尼古拉·辛尼辛（Nikolai Sinitsyn）

這個新發現也可以用來測試量子處理器是否實際上在按量子原理工作。由於新發現的無蝴蝶效應是純粹的量子效應，如果處理器運行Yan和Sinitsyn的系統並顯示出這種效應，則它必須是量子處理器。

為了測試量子系統中的蝴蝶效應，Yan和Sinitsyn使用IBM-Q量子處理器的理論和仿真來說明電路如何通過應用量子門來發展複雜的系統，並具有前後因果關係。

Presto，量子時間機器模擬器。

在該小組的實驗中，愛麗絲（Alice）是最喜歡的量子思想實驗中的替身代理，她準備了當前的一個量子位，並通過量子計算機向後運行。在過去，入侵者-鮑勃（Bob）是另一個喜愛的替身-測量愛麗絲的量子比特。這一行為擾亂了量子位，並破壞了其與世界其他所有量子的相關性。接下來，系統將向前運行到當前時間。

根據雷·布拉德伯裡（Ray Bradbury）的說法，鮑勃對國家的微小損害以及過去的所有這些關聯都應該在複雜的時空演變過程中迅速放大。因此，愛麗絲最終將無法恢復其信息。

但這不是事實。Yan和Sinitsyn發現，目前的大多數本地信息都以本質上量子相關的形式隱藏在深深的過去，這些細節不會因輕微的篡改而受損。他們表明，儘管鮑勃（Bob）幹擾了，但信息仍返回愛麗絲（Alice）的量子位，而沒有造成太大破壞。與直覺相反，對於更深入的過去旅行和更廣闊的「世界」，愛麗絲的最終信息返回給她的損失甚至更少。

辛尼辛說：「我們發現古典物理學和量子力學中的混沌概念必須有不同的理解。」