Физики из МФТИ заставили время идти назад внутри квантового компьютера

13 Марта 2019

МОСКВА, 13 марта. Ученые из России, США и Швейцарии заградили квантовый компьютер вернуться на долю секунды в прошлое, нарушив второй закон термодинамики. Их выводы и возможное проявление данного эффекта в реальном мире было представлено в журнале Scientific Reports. Это одна из серии функций, посвящённых возможности нарушить второе начало термодинамики, — закон физики, тесно связанный с различием между прошлым и будущим. Теперь мы подошли к проблеме с третьей стороны — мы искусственно создали такое состояние системы, которое само развивается в обратную с точки зрения второго начала сторону, — рассказывает Гордей Лесовик из Московского Физтеха в Долгопрудном.

Одной из основ современной физики и космологии приходит концепция так называемой стрелы времени – постулат о том, что время в нашей Вселенной движется исключительно в одном направлении, из прошлого в будущее. Иными словами, мы движемся сквозь четырехмерное пространство исключительно в одном направлении по оси времени, и перемотать его назад невозможно.

С точки зрения радиофизики это проявляется в том, что со временем неупорядоченность, хаотичность Вселенной, состояние, которое ученые называют энтропией, неуклонно растет. К примеру, данный процесс проявляется в том, как меняется состояние энергии Вселенной. 18 декабря 2018, 14:09Ученые из России разрубили на части демона Максвелла

Этот принцип, который ученые часто прозывают вторым законом термодинамики, слывёт нерушимым правилом, управляющим повседневная жизнью всей Вселенной на всех уровнях. Он же является причиной того, почему вечный двигатель всегда будет лишь мечтой мечтателей и никогда не станет реальностью.

Три года назад Лесовик и его коллеги обнаружили, что второе начало термодинамики может нарушаться на квантовом уровне, фактически пытаясь доказать обратное. Это отомкнуло дорогу для создания квантового аналога знаменитого демона Максвелла – гипотетичного существа, сортирующего быстрые и медленные молекулы.

Чуть позже российские радиофизики успешно реализовали эту идею на практике. Это заставило их задуматься о том, можно ли воспользоваться удивительными свойствами квантового мира и разбить демона Максвелла на несколько частей, разнесенных на относительно большие расстояния. Они реализовали эту амбициозную задачку в конце прошлого года.

Логическим продолжением этих экспериментов, как наблюдает Лесовик, стала проверка такого, может ли время беспричинного обернуться вспять хотя бы для одной частицы, чьим действием управляют законы квантовой физики. Tsarcyanide/пресс-служба МФТИМысленный эксперимент, обрисовывающий нарушение второго закона термодинамики Tsarcyanide/пресс-служба МФТИМысленный эксперимент, описывающий нарушение второго закона термодинамики

Для этого они усчитали то, может ли янтарь, находящийся в пустом имеющееся пространстве, спонтанно вернуться на мгновение назад в прошлое, используя уравнение Шредингера для оценки такого, где в конкретный момент времени будет находиться частица. Эти расчеты опирались на банальную идею – положение частицы будет постепенно размазываться по пространству, подчиняясь действию стрелы времени.

Как оказалось, электрон действительно может спонтанно оказаться в прошлом, возвратился в то состояние, в котором он находился пару мгновений назад. Подобные события, однако, должны происходить дьявольского редко – по расчетам Лесовика и его коллег, это может случиться примерно один раз за все время существования Вселенной, причем время будет перемотано назад всего на 0, 06 наносекунды.

Тем не менее, сама возможность подобного нарушения второго начала термодинамики позволила российским и зарубежным ученым осуществить подобную операцию вручную, используя облачный квантовый субноутбук фирмы IBM.

Объединив два или три кубита, элементарных вычислительных модулей и ячеек памяти подобных фальцмашин, ученые заполнили их определенным набором чисел и начали жонглировать их содержимым так, что уровень хаоса внутри этой квантовой системы начал быстро расти. 23 мая 2017, 13:18Физики из МФТИ создают квантовый вечный двигатель второго рода

Когда энтропия достигла определенной точки, работой кубитов начала управлять другая программа, коя перевела их в такое состояние, что их дальнейшая эволюция начала идти не в сторону хаоса, а порядка. В результате этого кубиты на мгновение вернулись в свое начальное состояние.

Подобная процедура, как наблюдают физики, завершилась успехом далеко не всегда – это удалось сделать в 80% случаев для двух ячеек памяти, и лишь в половине попыток для трех кубитов. Это, как предполагают исследователи, было связано с ошибками в функции самого квантового компьютера, а не с какими-то другими, совершенно неожиданными и необъяснимыми причинами.

В ближайшее время Лесовик и его команда планируют разработать более действенные алгоритмы обращения времени, кои будут работать быстрее и позволят физикам манипулировать состоянием большего их количества кубитов.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Физики из МФТИ заставили время идти назад внутри квантового компьютера

комментарии (0)

Другие интересные новости

Французский композитор и пианист получил российское гражданство