В последние несколько недель широко сообщалось, что исследователи из Московского физико-технического института, а также их коллеги из Швейцарии и США, использовали квантовый компьютер для обращения направления времени.
Идея о том, что время движется в обратном направлении, кажется противоречащей основным законам физики.
Ведущий исследователь доктор Гордей Лесовик, который возглавляет Лабораторию физики квантовой информации в институте, описал эксперимент: "Мы искусственно создали состояние, которое эволюционирует в направлении, противоположном термодинамической стреле времени".
Эксперимент был проведен с использованием компьютерной модели, которая началась в упорядоченном состоянии, но развивалась в хаотическое состояние, но затем другой модификатор программы смог перемотать состояние квантового компьютера таким образом, что оно эволюционировало в обратном направлении от хаоса к порядку.
Хотя все это звучит как тот тип науки, который может проложить путь к созданию работающей машины времени, причина, по которой эксперимент был так широко отмечен, заключается не в возможности путешествий во времени, а в том, что он учит нас о квантовых вычислениях, технологии, которая принесет неисчислимые улучшения человечеству.
Чтобы по-настоящему понять, что достигли исследователи, нам сначала нужно определить, что такое "время".
На универсальной шкале, где концепция времени относительна, один способ думать о времени - это мера тенденции всего к движению от порядка к хаосу. Второй закон термодинамики описывает этот неизбежный процесс как "энтропию", это термодинамическая стрела времени, о которой упоминал доктор Лесовик.
Если мы используем Lego-дом в качестве примера. Кирпичи аккуратно сложены, это структура с низкой энтропией. Если затем взять кувалду и разбить дом, кирпичи теряют свой порядок и становятся беспорядком на полу, это структура с высокой энтропией.
Все во Вселенной постепенно движется к беспорядку, и этот процесс происходит только в одном направлении. Камень может быть разрушен океаном за миллионы лет, чтобы создать песок, но океан никогда не откладывает песок в определенном месте, чтобы сформировать новый камень.
То же самое верно и для нашего Lego-дома, удар от молотка отправит его от порядка в хаос, но нет ни одного физического процесса, который заставит кирпичи подпрыгнуть и снова сформировать дом.
Что международная команда исследователей продемонстрировала, так это то, что в компьютерной симуляции они смогли позволить простой строке данных случайно перейти в сложную и непредсказуемую строку данных, прежде чем применить модификатор, который эффективно обратил этот процесс, чтобы вернуть данные в их исходное упорядоченное состояние.
Думая визуально, ученые сравнили это с бильярдным столом. Симуляция начинается в упорядоченном состоянии, в случае с бильярдным столом это когда шары аккуратно сложены в треугольник в центре стола. Когда игрок разбивает, эти шары разлетаются по столу, случайно сталкиваясь друг с другом и создавая непредсказуемую и хаотическую систему.
В симуляции этот переход от порядка к хаосу воссоздается с помощью примитивного квантового компьютера, состоящего из кубитов данных. Кубит - это единица информации, подобная "бит" в традиционных вычислениях, которая может хранить данные как ноль или единицу, но в квантовых вычислениях кубит может быть нулем, единицей или суперпозицией обоих состояний одновременно.
Мы не будем углубляться в то, как кубит может находиться в двух состояниях одновременно прямо сейчас, но представьте себе кота Шрёдингера, мысленный эксперимент, в котором кот одновременно жив и мертв.
Таким образом, начиная с нуля, "эволюционная программа", эквивалентная удару битка, изменяет состояние кубита на случайную и очень сложную последовательность нулей, единиц и смеси обоих. После достижения этого состояния невозможно математически рассчитать исходную точку, потому что конечный результат настолько хаотичен.
На гораздо более простом уровне это было бы похоже на то, что вы столкнулись с суммой x + y = 10. Хотя вы знаете, что результат равен 10, невозможно вычислить, что такое x и y (исходныу точки). Это может быть 1 + 9, или 4.3 + 5.7, или бесконечное количество других комбинаций.
То же самое верно и для бильярдного стола, нет трюка, который вы могли бы выполнить, чтобы вернуть все шары обратно в треугольник, но в симуляции исследователи применяют модификатор, который вызывает феномен обращения времени. Они сравнивают это с "расчетным ударом" по бильярдному столу, который заставляет шары вернуться в исходное положение.
Затем компьютер запускает ту же эволюционную программу снова, но на этот раз вместо того, чтобы двигаться в более хаотическое состояние еще более сложной информации, кубит откатывается к своей исходной точке, аккуратному и упорядоченному нулю.
Весь этот процесс занимает менее секунды для квантового компьютера, поэтому кубит откатывается назад всего на долю секунды в прошлое. Исследователи провели эксперимент с двумя кубитами данных и обнаружили, что в 85% случаев кубиты возвращались в свое точное исходное состояние.
Когда они увеличили сложность и использовали три кубита, процент успеха упал до всего 50%, что показывает, что наши нынешние возможности в квантовых вычислениях ограничены и подвержены ошибкам.
Именно по этой причине (а не из-за ее связи с путешествиями во времени) эксперимент был отмечен за его успех, потому что это эффективный способ измерения точности квантового компьютера. Лебедев объяснил: "Наш алгоритм может быть обновлен и использован для тестирования программ, написанных для квантовых компьютеров, и устранения шума и ошибок".
Таким образом, вы не можете использовать квантовый компьютер для обращения направления времени в реальном мире или для отправки человека в прошлое, но благодаря странностям квантовых вычислений вы можете эффективно обратить причинность внутри компьютерной симуляции, хотя в настоящее время только на долю секунды.
Спасибо, что дочитали статью до конца! Если она была интересной, поддержите лайком и высказывайте Ваше мнение в комментариях.
