L’“effetto farfalla” descrive l’alta sensibilità di molti sistemi a minuscole variazioni nelle loro condizioni di partenza, ma finora non si sapeva se questo aspetto della fisica classica fosse valido anche per la meccanica quantistica, che governa le interazioni di oggetti piccolissimi, come atomi e particelle elementari. I fisici Bin Yan e Nikolai Sinitsyn, del Los Alamos national laboratory, hanno deciso di scoprirlo. Come spiegano nella rivista Physical Review Letters, i sistemi quantistici sembrano più resilienti di quelli classici e, con il tempo, sono capaci di riparare i danni subiti nel passato.

Per il loro esperimento, Yan e Sinitsyn hanno effettuato delle simulazioni con un piccolo computer quantistico della Ibm dopo aver ideato un sistema semplice fatto di “qubit”, l’equivalente quantistico del familiare sistema binario usato dai computer classici. Il qubit può avere lo stato uno o lo stato zero (come il comune bit), ma ammette anche la loro “sovrapposizione”, un mix chimerico dei due stati nello stesso momento.

Messo a punto il sistema, gli autori hanno creato uno specifico qubit allo stato zero a cui hanno permesso di interagire con gli altri qubit in un processo noto come scrambling (rimescolamento), che in questo caso imitava l’evoluzione all’indietro nel tempo di un sistema quantistico. Una volta completata l’incursione virtuale nel passato, gli autori hanno manomesso il qubit prescelto distruggendo le informazioni e le interazioni con gli altri. Su questo sistema quantistico danneggiato hanno infine eseguito lo scrambling inverso, un processo che ha permesso di riportarlo avanti nel tempo, dove tutto era cominciato.

A quel punto hanno controllato se lo stato finale del qubit prescelto fosse simile allo stato zero assegnatogli all’inizio dell’esperimento. Secondo il classico effetto farfalla, infatti, l’interferenza dei ricercatori avrebbe dovuto cambiarlo sensibilmente, e invece lo stato originale del qubit risultava ripristinato quasi del tutto: non era proprio zero, ma in termini quantomeccanici era identico al 98,3 per cento, con uno scostamento considerato insignificante. “Lo stato finale dopo l’evoluzione in avanti è di fatto uguale allo stato iniziale prima dell’evoluzione all’indietro”, spiega Sinitsyn. “In altre parole, è tutto come prima più un rumorino di sottofondo”. La sorpresa più grande è stata che più andavano indietro nel tempo simulato per fare la manomissione, maggiore era il tasso di recupero, quasi a suggerire che il sistema quantistico si riparasse con il passare del tempo.

Il meccanismo alla base del fenomeno è noto come entanglement (correlazione). Durante l’interazione gli stati degli oggetti quantistici s’intrecciano al punto da diffondere all’intero sistema le informazioni relative allo stato di ognuno. Il danno arrecato a una parte, quindi, non distrugge le informazioni come avviene in un sistema classico: invece di perdere tutto il lavoro quando il computer si blocca, un sistema altamente correlato funziona da backup. Anche se le informazioni contenute nel qubit manomesso si perdono, i suoi legami con gli altri qubit possono attivarsi per ripristinarle.

La conclusione è che l’effetto farfalla non sembra valere per i sistemi quantistici. Oltre a rappresentare una sicurezza per i minuscoli viaggiatori nel tempo, questo potrebbe avere ripercussioni anche sulla computazione quantistica, un settore in cui aziende e governi stanno investendo miliardi di dollari. “I sistemi, soprattutto nella computazione quantistica, sono considerati molto fragili”, dice la fisica Natalia Ares, dell’università di Oxford. “Il nuovo studio dimostra invece quanto possano essere incredibilmente robusti. È molto incoraggiante per il futuro del settore”. ◆ sdf