在雷·布拉德伯里的短篇小说《一沙惊天下》中，主人公回到过去猎杀恐龙。他在史前丛林中踩死了一只蝴蝶，当他回到现代时，他所熟悉的世界已经改变：空气的触感、办公室里的标牌、美国总统的选举。这只蝴蝶“是一件小事，却可能扰乱平衡，像推倒一连串小多米诺骨牌，然后是大骨牌，再然后是巨大的骨牌，一路贯穿岁月，横跨时间。”
布拉德伯里所描绘的这种“蝴蝶效应”——过去的一个微小变化会导致未来产生巨大的影响——并非只存在于虚构作品中。正如著名数学家和气象学家爱德华·洛伦兹偶然发现的那样，自然系统中确实存在着微小的初始条件变化会导致结果高度可变的情况。这些系统，包括天气甚至流体的混合——被称为混沌系统。混沌系统通常在经典物理学的范畴内被理解，经典物理学是我们用来在一定程度上预测物体运动的方法（想想你高中科学课上的运动、力或动量）。
但一项新研究表明，该效应在量子领域不起作用。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的两名研究人员创建了一个模拟，其中一个量子比特（量子信息的基本单位）在量子计算机中“时间”向前和向后移动。尽管受到损坏，该量子比特仍保留了其原始信息——而不是像时间旅行者杀死蝴蝶后的世界那样变得无法识别。在该研究中，用于模拟时间前后移动的过程被称为“演化”。
“从经典物理学的角度来看，这是非常意外的，因为经典物理学预测复杂演化具有蝴蝶效应，即过去深处的小变化会导致我们世界发生巨大的变化，”理论物理学家、参与该研究的研究人员之一尼古拉·西尼岑说。
这一发现加深了我们对量子系统的理解，并且在保护信息系统甚至确定量子处理器“量子性”方面具有潜在的应用。
并非完全是另一个世界
量子领域的规则，解释了亚原子粒子如何运动，可能令人费解，因为它们违背了传统的逻辑。但简而言之：像电子和质子这样小的粒子不仅仅存在于一个空间点，它们可以同时占据多个空间。量子力学的数学框架试图解释这些粒子的运动。
量子力学定律也可以应用于量子计算机。这些计算机与我们今天使用的计算机截然不同，并且可以比普通计算机指数级地更快地解决某些问题，因为它们遵循这些完全不同的物理定律。标准计算机使用值为 0 或 1 的比特。量子计算机使用量子比特，它可以达到 0 和 1 的某种组合状态，这是量子系统（例如电子）的一个独特特征，称为“叠加”。
信息保存
在量子系统中，对量子比特的微小改变——即使是观察或测量它们——也可能产生巨大的影响。因此，在新研究中，研究人员想看看当他们模拟将一个量子比特送回过去同时对其进行损坏时会发生什么。构建量子实验的研究人员经常使用“爱丽丝”和“鲍勃”这两个占位符来阐述他们的理论过程。在这种情况下，他们让爱丽丝将她的量子比特带回过去，并将信息进行“反演化”。一旦到了过去，入侵者鲍勃就测量爱丽丝的量子比特，从而改变了它。爱丽丝将她的量子比特带回现在。
如果蝴蝶效应成立，爱丽丝量子比特中的原始信息将呈指数级变化。但相反，向前的时间演化让爱丽丝能够恢复原始信息，即使鲍勃的入侵破坏了她量子比特与随它一起旅行的任何其他量子比特之间的所有连接。
“所以通常，很多人认为如果你回到过去，并且扰乱了信息，那么这些信息就会永远丢失，”量子计算专家、加拿大新斯科舍省达尔豪西大学前物理学家乔丹·基里亚基迪斯说。“他们在这篇论文中表明，对于量子系统，在某些情况下，如果你回到过去，即使有人试图扰乱你，你也可以恢复原始信息。”
一只蝴蝶的翅膀扇动？
那么，这是否意味着蝴蝶效应根本不存在？不。西尼岑和他的合著者 bin yan 表明，它尤其不存在于量子领域。
但这确实对现实世界的问题有影响。一个是信息加密。加密有两个重要原则：它应该隐藏得很好，以至于没有人能够获取它，但预期的接收者应该能够可靠地将其破译。例如，基里亚基迪斯解释说，如果一个黑客试图破解当今世界隐藏信息的代码，黑客可能无法获取它，但他们可能会对其造成无法修复的损害，导致任何人也无法读取原始消息。这项研究可能表明一种方法可以避免这种情况，即即使信息损坏后也能保护信息，从而使预期的接收者能够解释它。
而且，由于这种效应（或非效应）对量子系统如此独特，因此理论上可以用来测试量子计算机的完整性。根据这项研究，如果在量子计算机中复制 Yan 和 Sinitsyn 的协议，就可以证实该系统确实是按照量子原理运行的。因为量子计算机极易出错，所以一种易于测试其工作情况的工具具有巨大的价值。一台可靠的量子计算机可以解决极其复杂的问题，这些问题在从化学和医学到交通调度和金融策略等领域都有应用。
量子计算才刚刚起步——但如果 Yan 和 Sinitsyn 的量子时间机器能够存在于通常为亚原子粒子保留的领域，那么可能性将是无限的。
