Учени „обърнаха“ стрелата на времето с квантов компютър
Времето върви в една посока – единствено напред. Малките деца стават остарели хора, само че не и обратното; Чаените чаши се разрушават, само че в никакъв случай не се сглобяват непринудено. Това грубо и непроменяемо свойство на Вселената, наречено „ стрела на времето “, е в основата си разследване от втория закон на термодинамиката, който диктува, че системите постоянно ще са склонни да се разстройват във времето.
Но в последно време, откриватели от Съединени американски щати и Русия са наклонили тази стрела най-малко малко в противоположна посока – за субатомни частици.
В ново проучване, оповестено в списание Scientific Reports, откриватели оповестяват, че са манипулирали стрелата на времето благодарение на доста дребен квантов компютър, формиран от две квантови частици, известни като кубити, които правили калкулации.
В субатомната канара, където странните правила на квантовата механика се мерят, физиците разказват положението на системите посредством математическа структура, наречена вълнова функционалност. Тази функционалност е израз на всички вероятни положения, в които системата може да бъде – даже при положение на парченце, всички вероятни места, в които може да бъде – и вероятността системата да бъде във всяко от тези положения във всеки даден миг.
Като цяло, с течение на времето, вълновите функционалности се популяризират и вероятното местонахождение на частицата може да бъде по-далеч, в случай че изчакате час, в сравнение с в случай че изчакате 5 минути. Отмяната на разпръскването на вълновата функционалност е като да се опитате да поставите разлялото се мляко назад в бутилката. Но тъкмо това са съумели да създадат откривателите с този нов опит.
„ По принцип няма никакъв късмет това да се случи независимо “, декларира водещият откривател Валери Винокур, физик от Националната лаборатория в Аргон в Илинойс.
„ Това е нещо като поговорката, че в случай че дадеш на маймуна пишеща машина и безпределно доста време, тя може да пропише като Шекспир. С други думи, това е механически допустимо, само че е доста малко евентуално да стане “.
И въпреки всичко, по какъв начин учените направиха невъзможното да се случи? Чрез деликатен надзор на опита.
„ Наистина се нуждаете от доста надзор, с цел да съберете всички счупени части от чашата дружно “, сподели Стивън Бартлет, професор по физика в Университета в Сидни, който не е взел участие в изследването. „ Трябва да имате доста надзор над системата, с цел да го извършите … и квантов компютър е нещото, което ни разрешава да имаме голям надзор върху симулирана квантова система. “
Изследователите са употребявали квантов компютър, с цел да симулират една-единствена парченце, а нейната вълнова функционалност се популяризира във времето като вълна в езерото. След това те написват логаритъм в квантовия компютър, който обръща еволюцията във времето на всеки обособен съставен елемент на вълновата функционалност, като всъщност издърпва тази вълна назад в частицата, която я е основала. Те реализират този героизъм, без да усилват ентропията или разстройството на други места във Вселената, като че ли се опълчват на стрелата на времето.
Означава ли това, че откривателите са създали машина на времето? Нарушили ли са законите на физиката? Отговорът е не и на двата въпроса. Вторият закон на термодинамиката споделя, че редът на вселената би трябвало да понижава с времето, само че не и че в никакъв случай не може да остане същият в доста специфични случаи. И този опит е бил задоволително дребен, задоволително къс и задоволително следен, че вселената нито да завоюва, нито да загуби сила.
„ Много е комплицирано да се върнат вълните в езерото, откакто към този момент са основани “, споделя Винокур, „ само че видяхме, че това е допустимо в квантовия свят, в един доста елементарен случай. С други думи, това е станало допустимо, като са употребявали контрола, даден им от квантовия компютър, с цел да анулират резултата на времето.
След като започва програмата, системата се връща в първичното си положение 85% от времето. Въпреки това, когато е въведен трети кубит, опитът е съумял единствено в 50 % от времето.
Изследователите считат, че сложността на системата евентуално е повишена прекалено много с третия кубит, което затруднява контрола върху всички аспекти на системата. Без този надзор ентропията не може да бъде държана под надзор и затова обръщането на времето е несъвършено. Все отново, учените ще се стремят към по-големи системи и по-големи квантови компютри за идващите си стъпки, споделя Винокур пред изданието Live Science.
„ Работата е добър принос към основите на физиката, “ споделя Джеймс Уитфийлд, професор по физика в колежа Дартмут в Ню Хемпшир, който не е взел участие в изследването. „ Това ни припомня, че не всички приложения на квантовите калкулации би трябвало да бъдат съответно приложни, с цел да бъдат забавни. “
„ Точно по тази причина построяваме квантови компютри “, споделя Бартлет. „ Това е проява, че квантовите компютри могат да ни разрешат да симулираме неща, които не би трябвало да се случват в действителния свят. “
