Usando una computadora cuántica para simular el viaje en el tiempo, unos investigadores han demostrado que, en el reino cuántico, no existe el «efecto mariposa«.
En la investigación, la información –qubits, cúbits o bits cuánticos– «viaja en el tiempo» a un pasado simulado. Uno de ellos es entonces fuertemente dañado, como si pisáramos la mariposa, metafóricamente hablando. Sorprendentemente, cuando todos los qubits vuelven al «presente», aparecen en gran parte inalterados, como si la realidad fuera autocurativa.
«En una computadora cuántica, no hay problema en simular una evolución opuesta en el tiempo, o en simular la ejecución de un proceso hacia atrás en el pasado», dijo Nikolai Sinitsyn, físico teórico del Laboratorio Nacional de Los Álamos y coautor del trabajo con Bin Yan, del Centro de Estudios No Lineales, también en Los Álamos. «Así que podemos ver lo que sucede con un mundo cuántico complejo si viajamos atrás en el tiempo, añadimos pequeños daños y regresamos. Encontramos entonces que nuestro mundo sobrevive, lo que significa que no hay efecto mariposa en la mecánica cuántica».
En la historia de ciencia ficción de 1952 de Ray Bradbury, «A Sound of Thunder», un personaje utilizó una máquina del tiempo para viajar al pasado lejano, donde pisó una mariposa. Al volver al presente, encontró un mundo diferente. A esta historia se le atribuye a menudo la acuñación del término «efecto mariposa», que se refiere a la altísima sensibilidad de un sistema complejo y dinámico a sus condiciones iniciales. En tal sistema, los pequeños factores iniciales pasan a influir fuertemente en la evolución de todo el sistema.
En cambio, Yan y Sinitsyn descubrieron que la simulación de un retorno al pasado para causar pequeños daños locales en un sistema cuántico solo conduce a pequeños e insignificantes daños locales en el presente.
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En una investigación realizada por un equipo del Laboratorio Nacional de Los Álamos, Alice prepara su qubit y le aplica el sistema U de cifrado de información y a muchos otros qubits en conjunto. Bob mide su qubit de cualquier modo, cambiando el qubit al estado no conocido por Alice. Alice todavía puede reconstruir su información a través de un solo sistema decodificador U†. (Foto: Los Alamos National Laboratory)
Este efecto tiene aplicaciones potenciales en un equipo de ocultación de información y en el ensayo de dispositivos de información cuántica. La información puede ser ocultada por una computadora convirtiendo el estado inicial en uno fuertemente entrelazado.
«Encontramos que incluso si un intruso realizara mediciones dañinas en un estado fuertemente entrelazado, todavía podríamos recuperar fácilmente la información útil porque este daño no se vería magnificado por un proceso de decodificación», dijo Yan. «Esto justifica que se hable sobre la creación de hardware cuántico que se utilizará para ocultar información».
Este nuevo hallazgo también podría ser utilizado para probar si un procesador cuántico está, de hecho, funcionando según los principios cuánticos. Dado que el recién descubierto efecto «sin mariposa» es puramente cuántico, si un procesador ejecuta el sistema de Yan y Sinitsyn y muestra este efecto, entonces debe ser un procesador cuántico.
Para probar el efecto mariposa en los sistemas cuánticos, Yan y Sinitsyn utilizaron la teoría y simulaciones con el procesador cuántico IBM-Q para mostrar cómo un circuito podría evolucionar un sistema complejo aplicando puertas cuánticas, con causa y efecto hacia adelante y hacia atrás. En otras palabras, un simulador cuántico de máquina del tiempo.
En el experimento del equipo, Alice, un agente utilizado para experimentos de pensamiento cuántico, prepara uno de sus qubits en el tiempo presente y lo ejecuta al revés por el ordenador cuántico. En el pasado profundo, un intruso, Bob, otro agente, mide el qubit de Alice. Esta acción perturba el qubit y destruye todas sus correlaciones cuánticas con el resto del mundo. A continuación, el sistema se ejecuta hacia el tiempo presente.
Según Ray Bradbury, el pequeño daño de Bob al estado y todas esas correlaciones en el pasado deberían ser rápidamente magnificadas durante la compleja evolución hacia adelante en el tiempo. Por lo tanto, Alice debería ser incapaz de recuperar su información al final.
Pero eso no es lo que pasó. Yan y Sinitsyn encontraron que la mayor parte de la información local actual estaba oculta en el pasado profundo en forma de correlaciones esencialmente cuánticas que no podían ser dañadas por una manipulación menor. Demostraron que la información regresa al qubit de Alice sin mucho daño a pesar de la interferencia de Bob. En contra de la intuición, para viajes más profundos al pasado y para «mundos» más grandes, la información final de Alicia regresa a ella aún menos dañada.
«Encontramos que la noción de caos en la física clásica y en la mecánica cuántica debe ser entendida de manera diferente», dijo Sinitsyn. (Fuente: NCYT Amazings)
