Cercetatorii de la Insititutul de Fizica si Tehnologie din Moscova, in parteneriat cu colegii din SUA si Elvetia, au reusit sa intoarca starea unui computer cuantic cu o fractiune de secunda in trecut. Grupul de cercetatori a calculat, de semenea, si probabilitatea ca un electron aflat intr-un spatiu interstelar gol, sa calatoreasca spontan inapoi in trecutul sau recent. Studiul a fost publicat in Scientific Reports, pe data de 13 martie.
Conform explicatiei date de Gordey Lesovik, cercetatorul sef al Laboratorului de Fizica si Tehnologia Informatiei Cuantice din cadrul MIPT, lucrarea face parte dintr-o serie de alte lucrari, care dezbat posibilitatea incalcarii celei de-a doua legi a termodinamicii. Aceasta lege se afla in stransa legatura cu notiunea de sageata a timpului, care pozitioneaza directia de curgere a timpului intr-un singur sens : din trecut spre viitor. Primele lucrari descriau o asa numita masinarie locala aflata intr-o miscare perpetua de gradul al doilea. Urmatoarea, publicata in decembrie 2018, discuta pe marginea rezultatelor experimentului numit “demonul lui Maxwell”, fiind in legatura directa cu incalcarea celei de-a doua legi a termodinamicii. Potrivit spuselor lui Lesnovik, ultima lucrare trateaza aceasi problema, privita din alt unghi. El declara : “Am creat, in mod artificial, o stare care evolueaza in directie opusa fata de cea a sagetii termodinamice a timpului”.
Ce face ca viitorul sa fie diferit de trecut?
Cele mai multe legi ale fizicii nu fac distinctie intre viitor si trecut. De exemplu, daca descriem printr-o ecuatie miscarea de coliziune si retur dintre 2 bile de biliard identice, si o filmam cu o camera cu incetinitorul, aceasi ecuatie poate fi folosita pentru a descrie miscarea in ambele sensuri, iar miscarea bilelor pare a sfida sensul intuitiv al acestora.
Insa, daca ne imaginam ca am inregistra miscarea unei bile de biliard care sparge piramida, vom vedea ca restul bilelor se vor imprastiain toate directiile. Este nevoie sa cunoastem regulile jocului si fizica sa, pentru a intelege sensul in care trebuie sa curga acesta. Adica, daca luam in calcul un sistem izolat, acesta se va gasi mereu fie intr-o stare statica, fie va evolua spre haos, mai mult decat spre ordine. Cele mai multe legi ale fizicii nu impiedica bilele sa se reaseze in piramida, sau ceaiul care se scurge sa se intoarca in cana din care a curs, sau un vulcan sa erupa invers, insa nu putem vedea aceste lucruri decat intr-un sistem izolat, fara interventii din exterior, si in care timpul curge invers. Natura acestei legi nu poate fi explicata, inca, in detaliu, insa cercetatorii fac progrese importante in a intelege principiile de baza din spatele acesteia.
Inversarea spontana a timpului
Fizicienii cuanctici de la MIPT au decis sa verfice daca timpul se poate inversa spontan, macar pentru o particula individuala, si pentru o fractiune de secunda. In loc sa loveasca bile de biliard, acestia eu examinat un electron solitar, intr-un spatiu interstelar gol.
Andrey Lebedev, cercetator la MIPT si ETH Zurich, a declarat : “Imaginati-va ca un electron este localizat atunci cand incepem sa il urmarim. Aceasta inseamna ca suntem destul de siguri de pozitia sa in spatiu. Legile mecanicii cuantice ne impiedica sa stim cu precizie absoluta locatia sa, insa putem sublinia o zona mica unde ar fi acesta localizat.”
Fizicianul explica faptul ca, evolutia starii electornului este guvernata de ecuatia lui Schrodinger. Chiar daca nu este o distinctie intre trecut si viitor, regiunea din spatiu care contine electorul, se va extinde rapid, din cauza ca sistemul tinde sa devina haotic, iar nesiguranta legata de pozitia electronului va creste. Acest fapt este analogic dezordinii dintr-un sistem la scara mare – cum e masa de biliard – datorita celei de-a doua legi a termodinamicii.
Valerii Vinkour, co-autor al lucrarii, angajat la laboratorului national Argonne din SUA, a declarat : “Ecuatia lui Schrodinger este reversibila. Din punct de vedere matematic, aceasta inseamna ca, sub aspectul unei anumite transformari, numita conjugare complexa, ecuatia va descrie un electron ‘patat’, localizat intr-o mica regiune de spatiu intr-o perioada de timp.”
Echipa a dorit sa calculeze probabilitatea unui electron ‘patat’ intr-o fractiune de secunda, localizat spontan in trecutul sau recent. Se pare ca si daca cineva ar petrece intreaga viata a universului – 13.7 miliarde de ani – observand 10 miliarde de electroni localizati in fiecare secunda, evolutia inversa ar putea fi observata o singura data. Si chiar si atunci, electronul va calatori doar intr-un timp de 10 miliarde de ori mai mic decat o secunda.
Inversarea timpului dupa voie
Apoi, cercetatorii au incercat sa inverseze timpul intr-un experiment in patru stadii. In loc sa observe un electron, acestia au observat starea unui coputer cuantic, format din 2 elemente , numite qubiti superconductori.
Stadiul 1 : Ordinea. Fiecare qubit este initializat in starea initiala, numita zero. Configuratia foarte ordonata seamana cu electronul localizat in regiunea mica, sau bilele de biliard aranjate inainte de prima lovitura.
Stadiul 2 : Degradarea. Ordinea este pierduta, la fel ca si electronul care devine ‘patat’ pe o regiune de spatiu din ce in ce mai mare, starea qubitilor devine un sablon din ce in ce mai complex si schimbator, format din 0 si 1. Acest lucru este obtinut prin incarcarea programului de evolutie in computerul cuantic.
Stadiul 3 : Inversarea timpului. Un program special modifica starea computerului cuantic, intr-un asa fel incat sa evolueze invers, de la haos la ordine. In cazul exemplului cu bilele de biliard, este ca si cum acestea ar primi un impuls super precis.
Stadiul 4 : Regenerarea. Evolutia programului din stadiul doi este lansata din nou. Daca experimentul din stadiul 3 are succes, programul va evolua inspre ordine mai degraba decat inspre mai mult haos, astfel inversand trecerea timpului.
Cercetatorii au descoperit ca in 85 % din cazuri, computerele cuantice formate din 2 qubiti se vor intoarce la starea initiala. Atunci cand un al treilea qubit a fost introdus in experiment, au aparut din ce in ce mai multe erori, rata de succes scazand la 50 %. Acestea se datoreaza, conform cercetatorilor, imperfectiunilor din computerul cuantic.
Rezultatele experimentelor pot contribui la imbunatatirea dezvoltarii computerelor cuantice.
Studiul a fost rezultatul colaborarii dintre cercetatorii MIPT ( Gordey Lesnovik, Andrei Lebedev, Mikhail Suslov ) si cei ai laboratorului national Argonne din SUA ( Valerii Vinokur si Ivan Sadovskyy ).
Preluat de pe Eurek Alert
Related posts
Crypto Fear Level
