Karakterisering af tidens pil i åbne kvantesystemer

Selv i den mærkelige verden af ​​åbne kvantesystemer, tidens pil peger støt fremad - det meste af tiden. Nye eksperimenter udført ved Washington University i St. Louis sammenligner de fremadrettede og omvendte baner af superledende kredsløb kaldet qubits, og finder ud af, at de følger termodynamikkens anden lov. Forskningen er offentliggjort 9. juli i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

"Når man ser på et kvantesystem, målehandlingen ændrer normalt den måde, den opfører sig på, " sagde Kater Murch, lektor i fysik i Arts &Sciences. "Forestil dig at skinne lys på en lille partikel. Fotonerne ender med at skubbe den rundt, og der er en dynamik forbundet med måleprocessen alene.

"Vi ønskede at finde ud af, om denne dynamik har noget at gøre med tidens pil - det faktum, at entropi har en tendens til at stige som tiden går."

I en relateret video, Murch spørger, "Ser kvantefilm sjove ud, når du afspiller dem baglæns?" Han og hans hold, herunder Patrick Harrington, en kandidatstuderende i fysik og førsteforfatter af papiret, tog det spørgsmål til laboratoriet - hvor deres arbejde er en del af det nye Center for Kvantesensorer.

"Vi så på mikroskopiske film af et kvantesystems bevægelse under måling, og spurgte, om filmene så mere sandsynlige ud, når de blev afspillet fremad eller baglæns; denne sammenligning kan bruges til at bestemme, om entropien stiger eller ej, " sagde Murch. "Vi fandt ud af, at selv i mikroskopisk skala, den anden lov ser ud til at holde:entropi stiger generelt.

"Denne stigning sker, fordi vi ser på det - processen med at lave filmen skaber tilsyneladende tidens pil, " han sagde.

Murchs forskningsgruppe er fokuseret på at forstå og kontrollere åbne kvantesystemer. Mens hverdagsgenstande adlyder den klassiske mekaniks love, enkelte partikler af lys eller stof følger i stedet kvantefysikkens love. Men disse partikler er ikke let at isolere, og så snart de interagerer med omverdenen, mister de deres kvanteegenskaber.