Forskere vender tidens flow på IBMs kvantecomputer

Vi markerer alle dage med ure og kalendere, men måske er intet ur mere umiddelbart end et spejl. De ændringer, vi bemærker gennem årene, illustrerer levende videnskabens "tidspil" - den sandsynlige udvikling fra orden til uorden. Vi kan ikke vende denne pil mere, end vi kan slette alle vores rynker eller genoprette en knust tekop til sin oprindelige form.

Eller kan vi?

Et internationalt hold af videnskabsmænd ledet af det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory udforskede dette spørgsmål i et første af sin slags eksperiment, formår at vende en computer tilbage til fortiden. Resultaterne, offentliggjort 13. marts i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , foreslå nye veje til at udforske tidens baglæns strømning i kvantesystemer. De åbner også nye muligheder for test af kvantecomputerprogrammer og fejlkorrektion.

En kvantecomputer, der effektivt kan springe tilbage og rydde op i fejl, mens den virker, kunne fungere langt mere effektivt.

For at opnå tidsændringen, forskerholdet udviklede en algoritme til IBM's offentlige kvantecomputer, der simulerer spredningen af ​​en partikel. I klassisk fysik, dette kan se ud som en billardkugle, der er ramt af en kø, rejser i kø. Men i kvanteverdenen, en spredt partikel får en brudt kvalitet, spredes i flere retninger. At vende dens kvanteudvikling er som at vende ringene, der skabes, når en sten kastes i en dam.

I naturen, genoprette denne partikel tilbage til sin oprindelige tilstand - i det væsentlige, at sætte den ødelagte tekop sammen igen - er umuligt.

Hovedproblemet er, at du har brug for et "supersystem, "eller ydre kraft, at manipulere partiklens kvantebølger på hvert punkt. Men, forskerne bemærker, den tidslinje, der kræves for at dette supersystem spontant kan dukke op og korrekt manipulere kvantebølgerne, ville strække sig længere end selve universet.

Uafskrækket, holdet satte sig for at bestemme, hvordan denne kompleksitet kunne overvindes, i hvert fald i princippet. Deres algoritme simulerede en elektronspredning af et to-niveau kvantesystem, "efterlignet" af en kvantecomputer qubit - den grundlæggende enhed for kvanteinformation - og dens relaterede udvikling i tid. Elektronen går fra en lokaliseret, eller "set, " stat, til en spredt. Så kaster algoritmen processen omvendt, og partiklen vender tilbage til sin oprindelige tilstand - med andre ord, det bevæger sig tilbage i tiden, om end kun med en lille brøkdel af et sekund.

I betragtning af at kvantemekanikken er styret af sandsynlighed frem for sikkerhed, oddsene for at opnå denne tidsrejsepræstation var ret gode:Algoritmen leverede det samme resultat 85 procent af tiden i en to-qubit kvantecomputer.

"Vi gjorde det, der tidligere blev anset for umuligt, " sagde Argonne seniorforsker Valerii Vinokur, der ledede forskningen.

Resultatet uddyber vores forståelse af, hvordan termodynamikkens anden lov – at et system altid vil bevæge sig fra orden til entropi og ikke omvendt – virker i kvanteverdenen. Forskerne påviste i tidligere arbejde, at ved at teleportere information, en lokal overtrædelse af den anden lov var mulig i et kvantesystem opdelt i fjerntliggende dele, der kunne balancere hinanden.

"Resultaterne giver også et nik til ideen om, at irreversibilitet er resultatet af måling, fremhæver den rolle, som begrebet "måling" spiller i selve grundlaget for kvantefysikken, " sagde artiklens medforfatter Gordey Lesovik fra Moscow Institute of Physics and Technology.

Dette er den samme opfattelse, som den østrigske fysiker Erwin Schrödinger fangede med sit berømte tankeeksperiment, hvor en kat, der er forseglet i en boks, kan forblive både død og levende, indtil dens status på en eller anden måde overvåges. Forskerne suspenderede deres partikel i denne superposition, eller form for kvantelimbo, ved at begrænse deres mål.

"Dette var den væsentlige del af vores algoritme, Vinokur sagde. "Vi målte systemets tilstand i begyndelsen og til sidst, men blandede sig ikke i midten."

Fundet kan i sidste ende muliggøre bedre metoder til fejlkorrektion på kvantecomputere, hvor akkumulerede fejl genererer varme og afføder nye. En kvantecomputer, der effektivt kan springe tilbage og rydde op i fejl, mens den virker, kunne fungere langt mere effektivt.

"I dette øjeblik, det er meget svært at forestille sig alle de konsekvenser dette kan have, " sagde Vinokur. "Jeg er optimistisk, og jeg tror på, at det bliver mange."

Undersøgelsen rejser også spørgsmålet, kan forskerne nu finde ud af en måde at gøre ældre mennesker unge igen? "Måske, "Vinokur vittigheder, "med den rette finansiering."