A pillangóhatás teóriájának első megfogalmazása egyes feltételezések szerint Edward Lorenz, mások szerint Ray Bradbury nevéhez fűződik. Bradbury 1952-ben íródott Mennydörgő robaj című novellájában egy múltba történő időutazás során az időutazó egy véletlenül elpusztít egy pillangót, aminek hatására az amerikai politika beállítottsága gyökeresen megváltozik.
A valószínűleg ez alapján elkeresztelt pillangóhatás gyakorlatilag azt írja le, hogy számos rendszer nagyon érzékeny a kezdőállapotában beálló legapróbb változásokra is. A klasszikus fizikában így állandó tényezőként van jelen, az azonban mostanáig kérdéses volt, hogy vajon a kvantumrendszerekben is hasonlóan jelentősen érvényesül-e, ahol eleve apró, atomi és részecskeszintű interakciók határozzák meg a történéseket. A Los Alamos-i Nemzeti Laboratórium két munkatársa, Bin Yan és Nikolai Sinitsyn nemrégiben érdekes kísérletekben tárta fel a kérdést.
Eredményeik alapján úgy tűnik, hogy a kvantumrendszerek kevésbé érzékenyek az apró változásokra, mint a klasszikus rendszerek, és a jelek szerint képesek arra is, hogy a múltban történt kisebb „károkat” maguktól kijavítsák, ahogy telik az idő. A szakértők az IBM egyik kisebb kvantumszámítógépén végezték kísérleteiket. Létrehoztak egy egyszerű, néhány kvantumbitből álló rendszert. Ezek különlegessége, hogy a bitek nemcsak egy vagy nulla értéket vehetnek fel, hanem szuperpozícióban is létezhetnek, amikor a két állapot egyszerre áll fenn.
A rendszer megalkotása után a kutatók egy konkrét kvantumbitet nulla értékre állítottak. Ez a bit aztán kölcsönhatásba került a rendszer többi tagjával a kvantum rejtjelzés nevű folyamat révén, amely jelen esetben gyakorlatilag az időben visszafelé imitálja a rendszer fejlődését. Amikor ilyen módon eljutottak a „múltba”, a kutatók megváltoztatták a kiválasztott kvantumbit végállapotát, effektíve megsemmisítve a helyi információt és a rendszer többi tagjával való korrelációkat. Végül visszafordítva is elvégezték a rejtjelezést (mintha újra előrefelé forgatták volna az időt), és amikor eljutottak a „jelenbe”, összevetették a kiinduló jelent és az új végeredményt.
A kísérletből az derült ki, hogy a kiválasztott kvantumbit ugyanúgy nulla értékű volt a folyamat végén, mint annak az elején. Márpedig ha a rendszer a klasszikus rendszerekhez hasonlóan érzékeny lenne a pillangóhatásra, a köztes beavatkozásnak nyomot kellett volna hagynia a kvantumbit állapotán. Jelen esetben azonban az történt, hogy a bit állapota gyakorlatilag helyreállt a kezdeti értékre: teljesen ugyan nem volt azonos a kiinduló és a végleges állapot, de a két helyzet kvantummechanikai értelemben 98,3 százalékban megegyezett.
„Az előre irányuló evolúció végső kimenete és a visszafelé irányuló evolúció bemenete gyakorlatilag azonos volt” – mondja Sinitsyn. Ami még furcsább, minél hosszabbra vették a múltba irányuló modellezést, annál nagyobb mértékű helyreállást tapasztaltak, vagyis annál jobban hasonlított a kezdeti és a végállapot, a beavatkozás ellenére is. Úgy tűnik tehát, hogy a kvantumrendszer képes volt megreparálni magát, ha elég időt kapott erre.
A háttérben a kvantum-összefonódás nevű jelenség áll a szakértők magyarázata szerint. Amikor a kvantumobjektumok interakcióba kerülnek, szorosan összefüggő, „összefonódott” állapotba kerülhetnek egymással. Ez azt jelenti, hogy innentől egyetlen kvantumobjektum képes saját lokális információjának terjesztésére a teljes vele összefonódásban lévő rendszerben. Az ilyen rendszerben a többi rész megváltoztatásával nem veszik el az információ, hiszen az a rendszer több pontján egyfajta „biztonsági másolatként” létezik.
Így bár a megváltoztatott kvantumbit által hordozott információ elveszik, ez a rendszer más kvantumbitjeiből helyreállítható, és a jelek szerint ez a helyreállítás „magától” meg is történik. A kísérlet alapján tehát úgy tűnik, hogy a kvantumrendszerek meglepően robusztusak, ami jó hír lehet a kvantumszámítógépek fejlesztői számára.
