Учени „обърнаха посоката на времето“ в квантов компютър

20 март 2019 г., 19:13
1374

Снимка: pixelparticle / Shutterstock

Времето никога не е достатъчно, то постоянно изтича. Някои казват, че то е илюзия, докато други – че лети като стрела. Е, тази „стрела“ определено създава големи главоболия на физиците. Защо времето има конкретна посока? Дали тя би могла да се обърне?

Ново изследване, публикувано в Scientific Reports, повдига именно тази тема. Международен екип от учени е създал програма, „обръщаща посоката на времето“ в квантов компютър. Един експеримент, който ще окаже огромен ефект върху знанието ни, свързано с квантовите компютри. Подходът на изследователите разкрива и нещо наистина важно – обръщането на времето е толкова сложно, че е крайно невероятно, дори невъзможно да се случи спонтанно в природата.

Що се отнася до законите на физиката, в много случаи няма какво да ни спре в желанието ни да се придвижваме напред или назад във времето. В определени квантови системи е възможно да се създадат операции, обръщащи посоката на времето. В случая екипът създава мисловен експеримент, базиран на реалистичен сценарии.

Еволюцията на квантовата система се ръководи от уравнението на Шрьодингер, според което е възможно една частица да бъде в определен регион. Друг особено важен закон на квантовата механика е Принципът на неопределеност на Хайзенберг. Хайзенберг доказал, че е невъзможно да се определи едновременно положението и скоростта на един електрон. Поради намесата на наблюдателя и непрeдвидимото поведение на отделните кванти, винаги остава известна неопределеност за скоростта или за положението, а в някои случаи и за двете.

Изследователите са искали да проверят дали могат да накарат времето спонтанно да обърне посоката си за една конкретна частица – за части от секундата. Те използват примера за щеката, разбиваща топките на билярдната маса, подредени в триъгълник (но впоследствие – връщаща ги на място). Един чудесен аналог на втория закон на термодинамиката, според който една изолирана система винаги преминава от състояние на ред в хаос.

Екипът решава да провери дали това е възможно да се случи – както спонтанно в природата, така и в лабораторията. Мисловният им експеримент започва с един конкретен локализиран електрон. Това означава, че те са били наясно с позицията му в малък регион в пространството. Законите на квантовата механика не позволяват да знаем къде е точно с абсолютна прецизност. Идеята е да имаме възможно най-високата вероятност, че електронът е в рамките на конкретен регион. Тази вероятност се „размива“ с течение на времето, което означава, че частицата може да е разположена в регион с по-голям обхват. След това изследователите „внасят“ идеята за операция, обръщаща времето, за да върнат електрона обратно на мястото му. Мисловният експеримент е допълнен и от реални математически изчисления.

Изследователите изчисляват вероятността това да се случи на електрон в реалния свят благодарение на произволни флуктуации (случайно отклонение от средното (обикновено равновесно) значение на физични величини, характеризиращи система от голям брой частици). Ако наблюдаваме 10 млрд. „току-що локализирани“ електрони всяка секунда в рамките на целия живот на Вселената (13,7 млрд. години), ще видим нещо подобно един-единствен път. Освен това квантово състояние ще се върне назад във времето с около 10-милиардна от секундата – приблизително времето, за което светофарът светва зелено и някой зад вас решава, че трябва да ви свирне с клаксона.

Въпреки че обръщането на хода на времето е малко вероятно да се случи в реални условия, то определено е възможно в лаборатория. Екипът решава да симулира локализиран електрон в квантов компютър и да създаде операция, обръщаща хода на времето, която да го върне в първоначалното му състояние. Едно нещо става ясно – колкото по-голяма е симулацията, толкова по-сложна (и неточна) става тя. При конфигурация от 2 кюбита, симулираща локализирания електрон, учените обръщат хода на времето в 85 процента от случаите. При 3 кюбита са постигнали успех само в 50 процента от случаите.

Въпреки че тази програма, обръщаща хода на времето, едва ли ще доведе до създаване на машина на времето, тя би могла да окаже важно влияние върху бъдещите разработки на квантовите компютри и дори да ги направи по-прецизни.  

Източник: IFLScience

Коментари