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量子时间旅行并不遵循“回到未来”的规则

更新时间:2020-08-28 10:50点击:

时间旅行电影有不同的规则,当你开始打乱时间线时会发生什么。如果你曾经想知道哪些是最有意义的,我们现在可能有了答案。根据使用量子时间旅行模拟器的实验,现实或多或少是“自我修复”的,所以对过去所做的改变不会彻底改变你的未来——至少在量子领域是这样。

在某种程度上,这一切都归结为蝴蝶效应,在一个系统中一个微小的行为可以升级为巨大的后果。这个名字来源于混沌理论的原理,即一只蝴蝶扇动它的翅膀会引发一连串的事件,从而在世界的另一部分引发飓风。

那么我们如何验证这些想法呢?由于我们不能直接跳进TARDIS然后开始实验我们自己,洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员使用量子计算机开发了一个时间旅行的模拟。他们的结果有些令人吃惊。

“在量子计算机上,模拟相反时间的进化,或者模拟运行一个回溯到过去的过程是没有问题的,”该研究的合著者Nikolai Sinitsyn说。“所以,如果我们回到过去,加上一点小小的伤害,然后再回来,我们就可以看到复杂的量子世界会发生什么。”我们发现我们的世界存活了下来,这意味着在量子力学中没有蝴蝶效应。”

利用IBM-Q量子处理器,该团队创建了一个使用量子门并演示因果关系的复杂系统,可以在时间上向前或向后运行。模拟中有两个假设的人,爱丽丝和鲍勃,他们每个人都有一个量子位——一个量子位的信息。

在这个场景中,爱丽丝在现在准备她的量子位元,然后将它发送回过去。在过去的某一时刻,Bob通过测量干扰了量子位元。然后,系统再次向前运行到现在的时间,Alice检查她的量子位。

你认为接下来“应该”发生的事情取决于你赞同哪种时间旅行规则。蝴蝶效应说,因为量子位与如此多的变量相关联,当我们回到未来(或回到爱丽丝的现在)时,鲍勃的微小干扰应该会完全改变系统。

更奇怪的是,量子位运行的时间越早,整个系统越复杂,量子位受到干扰的损害就越小。这看起来可能违反直觉——因为蝴蝶的翅膀有更多的东西需要翻转,所以从逻辑上来说,效果应该更戏剧化。但根据研究小组的推理,这只是创建了一个更强的量子相关网络,以保护量子位元不受损害。

Sinitsyn说:“我们发现在经典物理学和量子力学中混沌的概念必须被不同的理解。”

虽然这项研究可能看起来只是一个有趣的思维实验,但研究小组表示,模拟可能会带来一些现实世界的好处。首先,因为经典处理器无法处理这种模拟,所以它可以用来测试量子计算机是否真的在按照量子原理工作。

该团队还表示,这个概念可以用来为量子系统中的信息创建新的安全协议。如果在真实世界中有一个更邪恶的Bob试图干扰量子位元,系统可以将信息转换成强纠缠态以保护它。

“我们发现,即使入侵者对强纠缠态进行了状态破坏测量,我们仍然可以很容易地恢复有用的信息,因为这种破坏不会被解码过程放大,”本研究的合著者闫斌(音译)说。“这就证明了关于制造量子硬件来隐藏信息的讨论是合理的。”