Fizycy wydają się „odwracać czas” w komputerze kwantowym

Wydaje się, że naukowcy mają „odwrócony czas” w dwu- i trzy-bitowym komputerze kwantowym po obliczeniu prawdopodobieństwa wystąpienia zjawiska naturalnego w zlokalizowanym elektronie.

Odwrócenie entropii systemu z dwoma kubitami

Naukowcy z Rosji, Szwajcarii i USA zebrali się, aby najwyraźniej odwrócić entropię dwu-kubitowego komputera kwantowego z 85% dokładnością i około 50% dokładnością w systemie trzech kubitów, chociaż zauważają, że pozostała niedokładność wynika z niedoskonałości samego komputera kwantowego, a nie ich algorytm.

ZOBACZ RÓWNIEŻ: IBM UJAWNIA DUŻĄ WYDAJNOŚĆ IBM Q SYSTEM ONE

Entropia, definiowana jako miara nieuporządkowania w systemie, naturalnie rośnie w czasie, gdy natura przechodzi od porządku do nieładu. W przypadku komputera kwantowego, który zbudowali naukowcy, system zaczyna się w stanie, w którym kubity są początkowo zerami, ale z czasem degradują się do losowości 1 i 0.

Jest to zgodne z Drugą zasadą termodynamiki (SLT), która stanowi, że w układzie izolowanym entropia nigdy nie maleje. Naukowcy najwyraźniej cofnęli tę entropię, aby na żądanie przywrócić pierwotny stan komputerów kwantowych, oferując nowe możliwości korekcji błędów w komputerach kwantowych, co może znacznie przyspieszyć ich wdrażanie.

Spontaniczne przewijanie czasu w zlokalizowanych elektronach

Naukowcy z Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii (MIPT), Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) i Argonne National Laboratory, USA (ANL) - którzy opublikowali dziś swoje odkrycia w czasopiśmie Scientific Reports - rozpoczęli od obliczenia prawdopodobieństwa zlokalizowanego elektronu powróci do swojego wcześniejszego stanu z jednej chwili do następnej.

„Załóżmy, że elektron jest zlokalizowany, kiedy zaczynamy go obserwować. Oznacza to, że jesteśmy całkiem pewni jego położenia w przestrzeni. Prawa mechaniki kwantowej uniemożliwiają nam poznanie go z absolutną precyzją, ale możemy nakreślić mały obszar, w którym elektron jest zlokalizowany ”- mówi współautor badania Andrey Lebedev z MIPT i ETH Zürich.

Ewolucję stanu elektronu z jednej chwili do drugiej określa równanie Schrödingera. To równanie nie rozróżnia punktów w czasie, ale zgodnie z SLT obszar, w którym może się pojawić elektron, szybko rośnie.

„Jednak równanie Schrödingera jest odwracalne” - dodaje Valerii Vinokur z ANL i współautor artykułu. „Matematycznie oznacza to, że przy pewnej transformacji, zwanej sprzężeniem złożonym, równanie będzie opisywać„ rozmazany ”elektron, który lokalizuje się z powrotem w małym obszarze przestrzeni w tym samym okresie”.

Chociaż takiego odwrócenia nie zaobserwowano w sposób naturalny, naukowcy uważali, że jest to teoretycznie możliwe.

Naukowcy porównują to do uderzenia piłki bilardowej w inną. Gdybyś nagrał to wydarzenie normalnie, równanie regulowałoby zachowanie różnych położeń i prędkości kul bilardowych - innymi słowy, ich stan w dowolnym momencie.

Jeśli jednak odwrócisz nagranie, to samo równanie będzie również rządzić tym przejściem stanu. Zasadniczo 2X równa się Y, ale Y również równa się 2X, w zależności od tego, w jaki sposób chcesz odczytać równanie. Obydwa są prawidłowe i nie ma sposobu, aby stwierdzić, która forma była „pierwotnym” równaniem.

W przypadku elektronu teoretycznie możliwe było wykonanie równania Schrödingera wstecz, tak że jeśli równanie rządzące przejściem stanu elektronu miało wartość Y = 2X, można dostać się do Y zaczynając od 2X, używając tego samego równania, 2X = Y.

Aby określić, jak często zjawisko to występuje naturalnie, zespół obliczył prawdopodobieństwo „rozmazania się” elektronu w ciągu ułamka sekundy i spontanicznego zlokalizowania się w poprzednim stanie, co jest dokładniejszym sposobem cofnięcia się w czasie.

Obliczyli, że gdyby spojrzeć na 10 miliardów nowo zlokalizowanych elektronów w ciągu całego życia Wszechświata - 13,7 miliarda lat - co sekundę, zaobserwowałbyś to zjawisko tylko raz, a nawet wtedy byłby to pojedynczy elektron poruszający się o jedną dziesięciomiliardową. sekundy wstecz.

Czas przewijania na żądanie

Jeśli prawdopodobieństwo ewolucji pojedynczego elektronu do stanu przeszłego jest prawie niemożliwe, to jak ci naukowcy odtworzyli efekt w stanach kwantowych kubitów ze wskaźnikiem sukcesu 85% w układzie dwu kubitowym i nieco poniżej 50% dla system trzech kubitów?

Używając analogii z kulą bilardową, zamiast dwóch piłek bilardowych, jest to bardziej zbliżone do użycia stojaka z bilami, rozbicia ich bilą bilardową i ponownego złożenia ich w piramidę.

Zasadniczo naukowcy zaprojektowali algorytm, który opisują jako nadający stół bilardowy „kopnięcie”, które odwraca zmiany stanu kubitów, przywracając je z powrotem do poprzedniego stanu. Byłoby to jak uderzenie w stół bilardowy dokładnie w tym miejscu, z precyzyjną siłą wystarczającą do wysłania wszystkich piłek bezpośrednio do tyłu, ostatecznie przekształcając się w piramidę.

„Nasz algorytm mógłby zostać zaktualizowany i użyty do testowania programów napisanych dla komputerów kwantowych oraz eliminowania szumów i błędów” - wyjaśnił Lebedev.

Obejrzyj wideo: Czy można złamać prawa fizyki? Michał Eckstein (Lipiec 2022).