Вченим вдалося розгорнути час назад, використовуючи кубіти квантового комп'ютера

Jun 15 6:00 2020 Друк цієї статті

Але, виявляється, що деякі з фундаментальних законів фізики насправді "добре працюють" в обидві сторони перебігу часу, що показали дослідження американських і російських фізиків, проведені ще в 2019 році. У цих експериментах вченим вдалося буквально "повернути час назад" на мікроскопічному квантовому рівні, це, звичайно, не допоможе нам зазирнути назад в 1960-ті роки, але, тим не менше, залишає дуже маленьку лазівку для можливості створення квантової машини часу.

Фундаментальний фізичний закон, який був повернутий назад" вченими, це Другий закон термодинаміки, який є одним з базових законів, що визначають все, що відбувається навколо нас у Всесвіті. Згідно з цим законом, енергія, ув'язнена в різних об'єктах, постійно трансформується і перетікає від більш гарячих об'єктів до більш холодним. Цей принцип пояснює, чому кава в чашці охолоне через деякий час або чому не можна створити реальний вічний двигун.

"Цей закон тісно пов'язаний з поняттям напрямки часу, і він встановлює односторонній напрям часу від минулого до майбутнього" - розповідає Гордій Лісовик, вчений-фізик з Московського фізико-технічного інституту (МФТІ).

У згаданих вище експериментах учені використовували електрони в якості піддослідних об'єктів, та не прості електрони, а електрони, які були основною частиною кубітів (квантових бітів) квантового комп'ютера. Природа і поведінку електронів на квантовому рівні визначається так званим рівнянням Шредінгера. І з точки зору цього рівняння електрон є пакетом хвиль, що рухаються відразу в декількох напрямках.

"Однак, рівняння Шредінгера оборотно з точки зору напрямку течії часу" - розповідає Валерій Винокур, вчений з Національної лабораторії Аргону, США, - "З математичної точки зору це означає, що при певних умовах і низці відповідних перетворень електрон може зісковзнути назад у часі"".

У природі не існує ніяких причин, які заважають спонтанному "зісковзуванню" електрона назад у часі. Але для того, щоб зафіксувати такий випадок може знадобитися щосекундне спостереження за 10 мільярдами електронів одночасно, вироблене протягом строку, співставного з тривалістю існування Всесвіту.

Замість того, щоб чекати такий довгий термін, вчені використовували невизначений стан кубітів квантового комп'ютера і деякі особливі алгоритми. Коли цей комп'ютер був запущений, то кубіти перейшли в одне, можна сказати випадкове, стан з діапазону всіх можливих станів. Змінивши деякі налаштування квантового комп'ютера, і запустивши його знову, вчені ефективно "перемотали" назад у часі рівняння Шредінгера.

В якості прикладу з життя можна навести наступне - уявіть, що перший запуск квантового комп'ютера був чимось на зразок першого удару, розбив піраміду з більярдних куль, і разметавшего ці кулі по поверхні столу. Другий запуск комп'ютера став свого роду поштовхом більярдного столу, з-за якого всі кулі повернулися на вихідну позицію, знову сформувавши початкову піраміду.

Для перевірки технології роботи вчені "розвороту часу" вчені провели один і той же експеримент безліч разів, "розбиваючи" піраміду куль і збираючи її назад. В системі з двох кубітів квантового комп'ютера це вдавалося зробити приблизно в 85 відсотках випадків.

Зазначимо, що це не перший випадок, коли цій же групі вчених вдавалося гарненько "перетрусити" Другий закон термодинаміки. Кілька років тому ці вчені заплутали частинки на квантовому рівні і зуміли здійснити їх нагрівання і охолодження так, що їх поведінка відповідала поведінці ефективного вічного двигуна.

Як вже згадувалося вище, все зроблене американськими і російськими вченим залишає лазівку для можливості створення машини часу. Однак, результати цих досліджень можуть мати і більш практичну цінність, технологія "реверсування часу" може виявитися тим, що дозволить значно поліпшити точність і ефективність роботи майбутніх квантових комп'ютерів. І, звичайно, все це значно розширює межі нашого розуміння того, як відбувається на квантовому рівні визначає і впливає на процеси набагато більших масштабів, включаючи процеси еволюції Всесвіту, що оточує нас.