Исследователи придумали, как заставить квантовые системы эволюционировать так, будто для них время пошло вспять. Никаких порталов и путешествий в прошлое (увы, разбитую чашку это не склеит) — однако это математическое и физическое хулиганство открывает путь к созданию принципиально новых «квантовых батарей» и сверхточных компьютеров.
В нашем привычном макроскопическом мире время — это улица с односторонним движением. Яйца превращаются в яичницу, но яичница никогда не становится яйцом. Горячий чай остывает, а люди стареют. Физики называют это «термодинамической стрелой времени», которая диктуется неумолимым ростом энтропии (хаоса).
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Но парадокс в том, что на микроскопическом уровне фундаментальные законы физики симметричны. Уравнения Ньютона, Максвелла или Шрёдингера работают абсолютно одинаково, подставите вы туда время t или -t. Для отдельного атома понятия «прошлое» и «будущее» размыты.
Все меняется, когда мы решаем измерить квантовую систему. В квантовой механике само наблюдение (измерение) грубо вмешивается в жизнь системы. Волновые функции схлопываются, происходят случайные квантовые скачки, и — бам! — возникает та самая пресловутая «стрела времени». Вы измерили систему, обратного пути нет. Вернее, считалось, что нет.
Команда физиков (Луис Педро Гарсия-Пинтос, И-Кай Лю и Алексей Горшков) в своем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review X, задалась вопросом: можно ли хакнуть этот процесс?
Ответ оказался положительным. Ученые разработали специфический протокол управления квантовой системой (например, цепочкой кубитов). Они придумали, как создать управляющий гамильтониан — математически выверенную последовательность электромагнитных импульсов и полей.
Работает это так: система постоянно измеряется, но данные этих измерений мгновенно поступают в контур обратной связи. На основе того, как именно измерение «испортило» систему, алгоритм применяет компенсирующие импульсы. В результате система начинает двигаться по своим стохастическим траекториям задом наперед. Для самой частицы все выглядит так, словно время буквально развернулось и потекло в обратном направлении.
По сути, физики создали квантовую версию «Демона Максвелла» — гипотетического существа из мысленного эксперимента XIX века, которое сортировало быстрые и медленные молекулы, заставляя тепло переходить от холодного к горячему в нарушение привычной логики. Только здесь «демон» манипулирует не температурой, а самим ходом эволюции квантового состояния.
У этой технологии есть потрясающие практические перспективы:
- Квантовые двигатели и батареи: Сам процесс постоянного измерения накачивает квантовую систему энергией. Разворачивая стрелу времени с помощью умной обратной связи, исследователи показали, что эту энергию можно аккуратно извлекать, создав эдакий «измерительный двигатель» на микроуровне.
- Защита от ошибок: Квантовые компьютеры невероятно хрупки. Любой шум извне заставляет их терять информацию. Способность отмотать состояние системы на шаг назад (или скомпенсировать влияние среды) — это Святой Грааль для квантовой коррекции ошибок.
- Идеальная подготовка кубитов: Протокол позволяет с ювелирной точностью загонять квантовые частицы в нужные стартовые состояния.
К сожалению (или к счастью), законы макромира эта работа не отменяет. Открытие работает исключительно на микроскопическом масштабе квантовых систем (причем открытых, то есть взаимодействующих с внешним миром). Ваше опоздание на работу сегодня утром отменить не выйдет, как и отыграть назад неудачно сказанную фразу. Часы в лаборатории, где сидят ученые, продолжают неумолимо тикать вперед.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Внутри стекла стрела времени может идти в обоих направлениях
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.