Nová technika pre kvantové výpočty by mohla poprsie otvoriť celý náš model toho, ako sa čas pohybuje vo vesmíre.
Zdá sa, že toto je už dlho pravda: Čas funguje jedným smerom. Iným smerom? Nie veľmi.
To je pravda v živote. (Utorok sa valí do stredy, 2018 do 2019, mládež do vysokého veku.) A je to pravda v klasickom počítači. Čo to znamená? Je to oveľa jednoduchšie pre trochu softvéru bežiaceho na vašom notebooku predpovedať, ako sa zložitý systém bude v budúcnosti vyvíjať a vyvíjať, ako obnovovať svoju minulosť. Vlastnosť vesmíru, ktorú teoretici nazývajú „kauzálna asymetria“, si vyžaduje, aby sa pohybovalo jedným smerom v priebehu času oveľa zložitejšie, než zložitým výpočtom. (Prakticky je ľahšie ísť dopredu v čase.)
To má reálne dôsledky. Meteorológovia môžu na základe dnešných údajov o meteorologických radaroch urobiť primerane dobrú prácu, keď predpovedajú, či prší do piatich dní. Ale požiadajte tých istých meteorológov, aby zistili, či pršalo pred piatimi dňami pomocou dnešných radarových snímok? To je oveľa náročnejšia úloha, ktorá vyžaduje oveľa viac údajov a oveľa väčšie počítače.
Teoretici informácií už dlho predpokladali, že kauzálna asymetria môže byť základným rysom vesmíru. Už v roku 1927 fyzik Arthur Eddington tvrdil, že táto asymetria je dôvodom, že sa len posunujeme vpred časom a nikdy späť. Ak chápete vesmír ako obrovský počítač, ktorý neustále počíta svoju cestu v priebehu času, je vždy jednoduchšie - menej náročné na zdroje - to, aby veci stekali vpred (príčina, potom efekt), ako dozadu (efekt, potom príčina). Táto myšlienka sa nazýva „šípka času“.
Nový dokument, publikovaný 18. júla v časopise Physical Review X, otvára dvere do možnosti, že táto šípka je artefaktom klasického výpočtu - niečo, čo sa nám zdalo iba kvôli našim obmedzeným nástrojom.
Tím vedcov zistil, že za určitých okolností príčinná asymetria zmizne v kvantových počítačoch, ktoré sa počítajú úplne iným spôsobom - na rozdiel od klasických počítačov, v ktorých sú informácie uložené v jednom z dvoch stavov (1 alebo 0), v kvantových počítačoch sa informácie ukladajú v subatomických časticiach, ktoré dodržiavajú niektoré bizarné pravidlá, a preto každý môže byť vo viac ako jednom štáte súčasne. A čo je ešte viac lákavejšie, ich práca ukazuje cestu k budúcemu výskumu, ktorý by mohol ukázať príčinnú asymetriu, vo vesmíre vôbec neexistuje.
Ako to, že?
Veľmi usporiadané a veľmi náhodné systémy sa dajú ľahko predvídať. (Porozmýšľajte o kyvadle - usporiadanom - alebo o oblaku plynu, ktorý vyplňuje miestnosť - disordered.) V tomto článku sa vedci zaoberali fyzickými systémami, ktoré mali poruchu a náhodnosť na úrovni zlatovlásky - nie príliš málo a príliš veľa. (Takže niečo ako vyvíjajúci sa meteorologický systém.) Počítačom je veľmi ťažké porozumieť, uviedla spoluautorka štúdie Jayne Thompson, teoretička komplexnosti a fyzik študujúci kvantové informácie na Singapurskej národnej univerzite.
Ďalej sa pokúsili zistiť minulosť a budúcnosť týchto systémov pomocou teoretických kvantových počítačov (bez zapojenia fyzických počítačov). Tieto modely kvantových počítačov nielenže využívali menej pamäte ako klasické počítačové modely, povedala, že dokázali behom času bežať v oboch smeroch bez toho, aby museli využívať ďalšiu pamäť. Inými slovami, kvantové modely nemajú žiadnu príčinnú asymetriu.
„Aj keď to z klasického hľadiska môže byť nemožné, aby postupoval jedným z smerov,“ povedal Thompson pre Live Science, „naše výsledky ukazujú, že„ kvantovo mechanicky “, môže tento proces ísť v oboch smeroch pomocou veľmi malej pamäte.“
A ak je to pravda v kvantovom počítači, je to pravda vo vesmíre, povedala.
Kvantová fyzika je štúdium podivných pravdepodobnostných chovaní veľmi malých častíc - všetkých veľmi malých častíc vo vesmíre. A ak je kvantová fyzika pravdivá pre všetky kusy, ktoré tvoria vesmír, platí to pre samotný vesmír, aj keď nám niektoré jeho podivné efekty nie sú vždy zrejmé. Ak teda kvantový počítač dokáže pracovať bez príčinnej asymetrie, potom môže existovať aj vesmír.
Vidieť sériu dôkazov o tom, ako kvantové počítače budú jedného dňa fungovať, samozrejme nie je to isté ako vidieť účinok v skutočnom svete. Stále sme však ďaleko od kvantových počítačov, ktoré sú dostatočne pokročilé na to, aby fungovali tak, ako to popisuje tento dokument.
Thompson ďalej uviedol, že tento výskum nepreukazuje, že nikde vo vesmíre nie je kauzálna asymetria. Spolu so svojimi kolegami ukázala, že v hŕstke systémov neexistuje žiadna asymetria. Je však možné, že existujú určité kvantové modely s veľmi holými kosťami, v ktorých sa objavuje kauzálna asymetria.
„V tomto bode som agnostická,“ povedala.
Na Teraz.
Ďalším krokom tohto výskumu je odpovedať na túto otázku - zistiť, či existuje kauzálna asymetria v akýchkoľvek kvantových modeloch.
Tento dokument nedokazuje, že čas neexistuje, alebo že jedného dňa sa ním budeme môcť prekĺznuť dozadu. Zdá sa však, že ukazuje, že jeden z kľúčových stavebných prvkov nášho chápania času, príčiny a následku nefunguje vždy tak, ako to vedci už dlho predpokladajú - a nemusí to tak fungovať vôbec. Čo to znamená pre čas a pre nás ostatných, je stále niečo ako otvorená otázka.
Skutočným praktickým prínosom tejto práce je, že kvantové počítače na ceste môžu byť schopné ľahko spustiť simulácie vecí (ako je počasie) v oboch smeroch v priebehu času, bez vážnych problémov. To by bola morská zmena zo súčasného sveta klasického modelovania.
