Laikas eina viena kryptimi: pirmyn. Maži berniukai tampa senais vyrais, bet ne atvirkščiai; arbatinukai subyrėja, bet niekada nesusirenka spontaniškai. Ši žiauri ir nekintama Visatos savybė, vadinama „laiko strėle“, iš esmės yra antrojo termodinamikos dėsnio, kuris diktuoja, kad sistemos laikui bėgant visada bus labiau sutrikusios, pasekmė. Tačiau pastaruoju metu JAV ir Rusijos tyrinėtojai šiek tiek palenkė tą strėlę - bent jau subatominėms dalelėms.
Naujame tyrime, paskelbtame antradienį (kovo 12 d.) Žurnale „Scientific Reports“, tyrėjai manipuliavo laiko rodykle naudodamiesi labai mažu kvantiniu kompiuteriu, pagamintu iš dviejų kvantinių dalelių, vadinamų kvbitomis, kurie atliko skaičiavimus.
Subatominiame lygmenyje, kur nelyginės kvantinės mechanikos taisyklės svyruoja, fizikai aprašo sistemų būseną per matematinį konstruktą, vadinamą bangos funkcija. Ši funkcija yra visų galimų būsenų, kuriose gali būti sistema, išraiška - net dalelės atveju - visose įmanomose vietose, kuriose ji gali būti, ir tikimybės, kad sistema bet kuriuo metu bus bet kurioje iš tų būsenų. . Paprastai laikui bėgant bangų funkcijos pasklinda; galima dalelės vieta gali būti atokiau, jei laukiate valandą, nei jei laukiate 5 minutes.
Panaikinti bangos funkcijos sklidimą yra tarsi bandyti išpilstytą pieną grąžinti į butelį. Bet būtent tai ir padarė tyrėjai atlikdami šį naują eksperimentą.
„Iš esmės nėra jokios galimybės, kad tai įvyks savaime“, - „Live Science“ pasakojo Ilinojaus Argonne nacionalinės laboratorijos fizikas vadovaujantis tyrėjas Valerii Vinokur. "Tai yra panašus posakis, kai, jei duodi beždžionei rašomąją mašinėlę ir daug laiko, jis gali parašyti" Šekspyrą ". Kitaip tariant, tai techniškai įmanoma, bet taip mažai tikėtina, kad ji taip pat gali būti neįmanoma.
Kaip mokslininkai padarė tai iš esmės neįmanoma? Atidžiai kontroliuodami eksperimentą.
„Jums tikrai reikia labai daug kontrolės, kad visi sudužę arbatos gabaliukai sugrįžtų kartu“, - „Live Science“ pasakojo Sidnėjaus universiteto fizikos profesorius Stephenas Bartlettas. Bartlettas tyrime nedalyvavo. "Jūs turite labai daug valdyti sistemą, kad priverstumėte tai padaryti ... ir kvantinis kompiuteris yra kažkas, kas leidžia mums valdyti labai simuliuotą kvantinę sistemą."
Tyrėjai panaudojo kvantinį kompiuterį, kad imituotų vieną dalelę, o jos bangos funkcija laikui bėgant plinta kaip tvenkinio virpėjimas. Tuomet kvantiniame kompiuteryje jie parašė algoritmą, kuris pakeitė kiekvieno bangos funkcijos komponento laiko raidą, iš esmės atitraukdamas tą virpėjimą į dalelę, kuri ją sukūrė. Jie įvykdė šį žygdarbį nepadidindami entropijos ar sutrikimų kitoje visatos vietoje, atrodydami, niekindami laiko strėlę.
Ar tai reiškia, kad tyrėjai sukūrė laiko mašiną? Ar jie pažeidė fizikos įstatymus? Į abu klausimus negalima atsakyti. Antrasis termodinamikos dėsnis sako, kad laikui bėgant Visatos tvarka turi mažėti, bet ne tai, kad ji niekada negali išlikti tokia pati labai ypatingais atvejais. Šis eksperimentas buvo pakankamai mažas, pakankamai trumpas ir pakankamai kontroliuojamas, kad Visata nei gautų, nei prarastų energiją.
"Labai sudėtinga ir sudėtinga siųsti bangas į tvenkinį atgal", kai tik jos bus sukurtos, sakė Vinokuras, "bet mes pamatėme, kad tai įmanoma kvantiniame pasaulyje, labai paprastu atveju". Kitaip tariant, buvo įmanoma, kai jie panaudojo valdymą, kurį jiems suteikė kvantinis kompiuteris, kad būtų panaikintas laiko poveikis.
Paleidus programą, sistema grįžo į pradinę būseną 85 procentai laiko. Tačiau kai buvo įvestas trečiasis kvitas, eksperimentas pavyko tik 50 procentų laiko. Tyrėjai teigė, kad sistemos sudėtingumas greičiausiai padidėjo per trečiąją kvbitą, todėl kvantiniam kompiuteriui buvo sunkiau išlaikyti visų sistemos aspektų kontrolę. Be šios kontrolės entropija negali būti kontroliuojama, todėl laiko keitimas yra netobulas. Vis dėlto jie siekia didesnių sistemų ir didesnių kvantinių kompiuterių tolimesniems žingsniams “, -„ Vinokur “pasakojo„ Live Science “.
„Šis darbas yra puikus įnašas į fizikos pagrindus“, - „Live Science“ pasakojo tyrime nedalyvavęs Dartmuto koledžo (Naujasis Hampšyras) fizikos profesorius Jamesas Whitfieldas. "Tai mums primena, kad ne visos kvantinio skaičiavimo programos turi būti orientuotos į programas, kad būtų įdomios."
„Būtent todėl mes statome kvantinius kompiuterius“, - sakė Bartlettas. "Tai yra įrodymas, kad kvantiniai kompiuteriai gali mums leisti modeliuoti dalykus, kurių neturėtų atsirasti realiame pasaulyje."
