Tudósok "visszafordították az időt" egy kvantumszámítógépben, ami meghökkentő következményekkel járt

Idő: folyamatosan telik és soha nincs belőle elég. Néhányan azt mondják, hogy ez csak egy illúzió, néhányan pedig azt állítják, hogy úgy ...

Idő: folyamatosan telik és soha nincs belőle elég. Néhányan azt mondják, hogy ez csak egy illúzió, néhányan pedig azt állítják, hogy úgy repül, mint egy nyíl. Nos, ez az "idő nyíl" egy nagy fejfájást okoz a fizikában. Miért van egy bizonyos iránya? És megfordítható-e egy ilyen irány?

A Scientific Reports folyóiratban közzétett új tanulmány egy fontos lépést jelent ebben a témában. Egy nemzetközi kutatócsoport egy kvantumszámítógépen egy idő visszafordító programot hozott létre egy olyan kísérletben, amely nagy hatással van a kvantumszámítással kapcsolatos megértésünkre. Megközelítésük egy meglehetősen fontos tényezőre is rámutatott: az idő visszafordítási művelet olyan összetett, hogy rendkívül valószínűtlen, talán lehetetlen, hogy spontán módon megtörténjen a körülöttünk lévő világban. (1)

Ami a fizika törvényeit illeti, sok esetben nincs semmi, ami megakadályozná, hogy az időben előre és hátra haladjunk. Bizonyos kvantumrendszerekben lehetőség van idő visszafordítás létrehozására. Ez volt az a pont, amikor a csapat egy gondolatkísérletet készített egy reális forgatókönyv alapján.

Egy kvantumrendszer fejlődését Schrödinger egyenlete szabályozza, amely megadja nekünk annak a valószínűségét, hogy egy részecske egy bizonyos régióban van. A kvantummechanika másik fontos törvénye a Heisenberg-féle határozatlanság elve, amely azt mondja, hogy nem tudjuk a részecskék pontos helyzetét és lendületét, mert az univerzumban minden részecskeként és hullámként is viselkedik egyidejűleg.

A kutatók azt akarták látni, hogy rá tudják-e venni az időt, hogy spontán visszaforduljon egy részecske esetében csupán a másodperc egy töredékéig. A biliárd golyó háromszögét és az összes irányba tartó golyót használták példaként - a termodinamika második törvényének jó analógiájaként, egy izolált rendszert, ami a rendből mindig a káoszba tart, majd a golyók visszaállnak a rendezettségbe.

A csapat megpróbálta letesztelni, hogy ez megtörténhet-e spontán módon a természetben és a laborban. A gondolatkísérletük egy lokalizált elektron segítségével kezdődött, ami azt jelenti, hogy egy kis térségben elég biztosak voltak a pozíciójában. A kvantummechanika törvényei megnehezítik ennek a megismerését. Az ötlet az, hogy a legnagyobb legyen a valószínűsége annak, hogy az elektron egy bizonyos régióban van.

Ez a valószínűség idővel "kimerül", így valószínűbb, hogy a részecske egy szélesebb régióban van. Ezután a kutatók egy idő visszafordító műveletet javasoltak, hogy az elektron visszaálljon az eredeti helyzetébe. A gondolatkísérletet néhány valódi matematikai számítás követte.

A kutatók megbecsülték annak a valószínűségét, hogy ez a véletlen ingadozások miatt megtörténhet-e egy valódi világban lévő elektronnal. Ha 10 milliárd "frissen lokalizált" elektront figyelnénk meg másodpercenként az univerzum teljes élettartama alatt (13,7 milliárd év), csak egyszer látnánk ezt megtörténni. És ez csak egy 10 milliárdod másodpercre vinné vissza a múltba a kvantum állapotot, ami nagyjából annyi időt vesz igénybe, amíg egy közlekedési lámpa zöldre vált és a mögöttünk lévő elkezd dudálni.

Míg az idő visszafordítása nem valószínű, hogy a természetben megtörténhet, de laborban lehetséges. A csapat úgy döntött, hogy egy kvantumszámítógépen szimulálja a lokalizált elektron ötletet, és létrehoz egy idő visszafordítási műveletet, amely visszaállítja az eredeti állapotába.

Egy dolog világossá vált, mégpedig az, hogy minél nagyobb a szimuláció, annál bonyolultabb (és kevésbé pontos) lett. Egy két kvantumbites (qubit) beállításban, amely a lokalizált elektront szimulálja, a kutatók az esetek 85%-ában képesek voltak visszafordítani az időt. A három qubites beállításban az esetek 50 százaléka volt sikeres, és több hiba történt.

Bár a kvantumszámítógépek idő visszafordítása nem valószínű, hogy egy időgép létrehozásához vezet, talán fontos alkalmazási területei lehetnek a kvantum számítógépek pontosabbá tételében. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/s41598-019-407
(2) - https://phys.org/news/2019-03-physicists-reverse