Čas ide jedným smerom: vpred. Malí chlapci sa stali starými mužmi, ale nie naopak; šálky sa rozbijú, ale nikdy sa samovoľne nezostavia. Táto krutá a nemenná vlastnosť vesmíru, nazývaná „šípka času“, je zásadne dôsledkom druhého zákona o termodynamike, ktorý nariaďuje, že systémy budú mať v priebehu času tendenciu neustále sa zhoršovať. Nedávno však vedci z USA a Ruska túto šípku ohli len trochu - aspoň pre subatomárne častice.
V novej štúdii uverejnenej v utorok (12. marca) v časopise Scientific Reports vedci manipulovali s časom pomocou veľmi malého kvantového počítača vyrobeného z dvoch kvantových častíc, známych ako qubits, ktoré vykonávali výpočty.
V subatomickej mierke, kde sa líšia pravidlá kvantovej mechaniky, fyzici opisujú stav systémov pomocou matematického konštruktu nazývaného vlnová funkcia. Táto funkcia je vyjadrením všetkých možných stavov, v ktorých by systém mohol byť - dokonca aj v prípade častice, všetkých možných umiestnení, v ktorých by mohol byť - a pravdepodobnosti, že systém bude v ktoromkoľvek z týchto stavov v danom čase. , Všeobecne sa postupom času vlnové funkcie rozširujú; možná poloha častice môže byť ďalej, ak budete čakať hodinu, ako keď čakáte 5 minút.
Zrušenie rozšírenia funkcie vlny je ako pokúsiť sa vrátiť rozliate mlieko späť do fľaše. Ale presne to vedci dosiahli v tomto novom experimente.
„V zásade nie je šanca, že sa to stane samo osebe,“ uviedol vedecký vedec Valerii Vinokur, fyzik z Národného laboratória v Argonne v Illinois. "Je to ako keby hovoril, že ak dáš opičke písací stroj a veľa času, môže napísať Shakespeara." Inými slovami, je to technicky možné, ale také nepravdepodobné, že to nebude možné.
Ako vedci znemožnili v podstate nemožné? Starostlivou kontrolou experimentu.
„Naozaj potrebujete veľa kontroly, aby sa všetky zlomené šálky čaju vrátili späť,“ povedal Stephen Bartlett, profesor fyziky na univerzite v Sydney. Bartlett nebol zapojený do štúdie. „Aby ste to dokázali, musíte mať nad systémom veľa kontroly ... a kvantový počítač je niečo, čo nám umožňuje mať obrovskú kontrolu nad simulovaným kvantovým systémom.“
Vedci použili kvantový počítač na simuláciu jednej častice, jej vlnová funkcia sa v priebehu času rozširovala ako vlnenie v rybníku. Potom v kvantovom počítači napísali algoritmus, ktorý zvrátil časový vývoj každej jednotlivej zložky vlnovej funkcie, v podstate odtiahli vlnenie späť do častice, ktorá ho vytvorila. Vykonali tento čin bez toho, aby zvyšovali entropiu alebo nepokoje inde vo vesmíre a zdali sa zdráhali času.
Znamená to, že vedci vytvorili stroj času? Porušili zákony fyziky? Odpoveď nie je na obidve tieto otázky. Druhý termodynamický zákon hovorí, že poradie vesmíru sa musí časom znižovať, ale nie to, že vo veľmi špeciálnych prípadoch nemôže nikdy zostať rovnaké. A tento experiment bol dosť malý, dosť krátky a dostatočne kontrolovaný, aby vesmír nezískal ani nestratil energiu.
„Je veľmi zložité a zložité poslať vlny na rybník späť“, keď už boli vytvorené, Vinokur povedal: „ale videli sme, že to bolo možné v kvantovom svete, vo veľmi jednoduchom prípade.“ Inými slovami, bolo možné, keď použili kontrolu, ktorú im dal kvantový počítač, na vrátenie časového účinku.
Po spustení programu sa systém vrátil do pôvodného stavu 85 percent času. Keď však bol predstavený tretí kvit, experiment uspel iba 50 percent času. Vedci tvrdia, že zložitosť systému sa s tretím kvartálom pravdepodobne príliš zvýšila, takže pre kvantový počítač je ťažšie udržať kontrolu nad všetkými aspektmi systému. Bez tejto kontroly nie je možné udržať entropiu pod kontrolou a časový posun je preto nedokonalý. Stále sa zameriavajú na väčšie systémy a väčšie kvantové počítače na ďalšie kroky, povedal Vinokur Live Science.
„Práca je pekným príspevkom k základom fyziky,“ povedal pre agentúru Live Science James Whitfield, profesor fyziky na Dartmouth College v New Hampshire, ktorý sa tejto štúdie nezúčastnil. „Pripomína nám, že nie všetky aplikácie kvantového počítania musia byť zamerané na aplikáciu, aby boli zaujímavé.“
„Práve preto staviame kvantové počítače,“ povedal Bartlett. „Je to demonštrácia, že kvantové počítače nám umožňujú simulovať veci, ktoré by sa v skutočnom svete nemali vyskytnúť.“
