533

Физики заставили время идти назад внутри квантового компьютера

Ученые из МФТИ и их американские и швейцарские коллеги вернули состояние квантового компьютера на долю секунды в прошлое. Кроме того, они вычислили, с какой вероятностью электрон в пустом межзвездном пространстве может самопроизвольно отправиться в свое недавнее прошлое.

Физики заставили время идти назад внутри квантового компьютера МФТИ, Физтех, Наука, Новости науки и техники, Длиннопост, Физика, Квантовый компьютер

«Это одна из серии работ, посвященных возможности нарушить второе начало термодинамики — закон физики, тесно связанный с понятием стрелы времени, различием между прошлым и будущим, — рассказывает ведущий автор исследования Гордей Лесовик, заведующий лабораторией физики квантовых информационных технологий МФТИ, — Сначала мы описали локальный вечный двигатель второго рода. В декабре вышла наша работа, где второе начало локально нарушается за счет специального устройства, демона Максвелла. И вот теперь мы подошли к проблеме с третьей стороны — искусственно создали такое состояние системы, которое само развивается в обратную с точки зрения второго начала сторону».


Законы физики в большинстве своем не делают различия между прошлым и будущим. Например, одним уравнением можно описать столкновение и отскок двух бильярдных шаров одного цвета. Если записать этот процесс на видео и проиграть в обратную сторону, то без дополнительных подсказок неясно, какая версия «настоящая»: из прошлого в будущее или из будущего в прошлое. Уравнение описывает обе ситуации одновременно. У версии «из прошлого в будущее» нет никакого приоритета.


Однако если заснять на видео, как один бильярдный шар разбивает пирамиду и потом проиграть запись обратно, то даже человек, который в первый раз видит эту игру, сможет отличить настоящий сценарий развития событий от фантастического. При этом наблюдатель интуитивно опирается на второй закон термодинамики. Он гласит, что если некоторая система не имеет притока энергии извне, то она либо сохраняет свое состояние, либо самопроизвольно движется в сторону хаоса, но не порядка.


Большинство других законов физики не запрещают, чтобы катающиеся шары сами складывались в пирамиду, растворенный в стакане чай собирался в пакетик, а вулкан извергался обратно вовнутрь. Но все эти процессы мы не наблюдаем, поскольку они потребовали бы, чтобы изолированная система самопроизвольно упорядочивалась, что противоречит второму закону термодинамики. Природа второго начала не объяснена окончательно во всех деталях, но ученые существенно продвинулись в понимании базовых принципов.


Квантовые физики из МФТИ решили проверить, возможно ли, что время само собой обернется вспять хотя бы для отдельно взятой частицы и хотя бы на долю секунды. Вместо бильярдных шаров они рассмотрели одиночный электрон в пустом межзвездном пространстве.


«Допустим, в начальный момент наблюдений электрон локализован. Это значит, что мы почти наверняка знаем, где он находится. Узнать конкретную точку по законам квантовой механики не получится, но можно очертить небольшой участок пространства, в котором локализован электрон», — говорит соавтор исследования, Андрей Лебедев из МФТИ и Федеральной высшей технической школы Цюриха.


Как объясняет физик, дальнейшая эволюция электрона описывается уравнением Шредингера. Это уравнение не делает различия между прошлым и будущим, но участок пространства, в котором локализован электрон, уже через доли секунды «расползется». Система стремится к хаосу — со временем мы знаем о местонахождении электрона все меньше. Неопределенность растет. Такое поведение состояния отдельной частицы является аналогом увеличения энтропии большой системы, описываемой вторым началом термодинамики.


«Однако уравнение Шредингера обратимо, — говорит соавтор работы, Валерий Винокур из Аргоннской национальной лаборатории США. — С математической точки зрения это значит, что если подвергнуть его определенному преобразованию (комплексному сопряжению), то полученное уравнение будет описывать то, как „размазанный“ электрон локализуется обратно за то же время, что ушло на „расползание“». Хотя в природе такое явление не наблюдается, теоретически оно может произойти из-за случайной флуктуации реликтового излучения, которым пронизано даже пустое межзвездное пространство.


Авторы вычислили вероятность наблюдать, как электрон, «размазавшийся» за малую долю секунды, затем самопроизвольно локализуется. Оказалось, что даже если ежесекундно находить и по очереди наблюдать по 10 млрд «свежелокализованных» электронов, висящих в пустом пространстве, то всего времени жизни Вселенной (13,7 млрд лет) хватит, чтобы лишь один раз увидеть, обратную эволюцию состояния электрона. И то речь идет о возврате электрона в прошлое не на минуту и не на секунду, а примерно на одну десяти миллиардную долю секунды.


Ясно, что в макроскопических явлениях (столкновение шаров и т. п.) задействовано умопомрачительное количество электронов, и происходящее длится несравненно дольше. Поэтому мы тем более не наблюдаем, чтобы люди молодели, а чернильная клякса на бумаге собиралась в каплю.


Далее ученые попытались обратить время вспять в эксперименте. Вместо электрона наблюдалось состояние квантового компьютера, состоящего сначала из двух, а затем из трех элементов — сверхпроводящих кубитов. Эксперимент включает четыре стадии.

Физики заставили время идти назад внутри квантового компьютера МФТИ, Физтех, Наука, Новости науки и техники, Длиннопост, Физика, Квантовый компьютер

Стадия порядка: все кубиты приводятся в состояние «0», которое называют основным. Этот момент соответствует локализации электрона в небольшом участке пространства. Система упорядочена — образно говоря, бильярдные шары выстроены в пирамиду.


Далее наступает стадия деградации, и порядок утрачивается. Подобно тому, как электрон расплывается в пространстве, а пирамида разбивается от удара, состояние кубитов начинает причудливым образом усложняться. Для этого на короткое время запускается компьютерная программа эволюции. Подобная деградация так или иначе произошла бы сама из-за взаимодействия с окружением, ведь система стремится к хаосу. Но контролируемая программа автономной эволюции системы сделает возможной последнюю стадию эксперимента.


Затем происходит обращение времени. Специальная программа преобразует состояние квантового компьютера так, чтобы в дальнейшем оно развивалось наоборот, от хаоса к порядку. Эта операция аналогична случайной флуктуации поля в случае с электроном, только теперь она умышленная. В примере с пирамидой — можно представить, как кто-то пнул или потряс бильярдный стол с бесконечно точным расчётом.


Наконец, на стадии регенерации повторно запускается та же программа эволюции, которая ранее вызывала нарастание хаоса. И если «пинок» был успешен, то состояние кубитов начинает отматываться назад, в прошлое, как если размытый электрон вновь локализуется, а шары, пройдя по своим траекториям из прошлого задом-наперёд, сложатся в пирамиду.


Учёные установили, что в 85% случаев после преобразования компьютер из двух кубитов действительно возвращался обратно в исходное состояние. В случае с тремя кубитами ошибки случались чаще — в половине случаев. Однако, по словам авторов, это объясняется несовершенством квантового компьютера. С развитием техники ошибка будет уменьшаться.


Более того, сам алгоритм обращения времени тоже может в будущем сделать квантовый компьютер точнее. «Наш алгоритм можно доработать и использовать для проверки программ квантового компьютера, а также для устранения помех и сбоев в его работе», — поясняет Андрей Лебедев.

http://nature.com/articles/s41598-019-40765-6

http://mipt.ru/news/fiziki_obratili_vremya_vspyat_s_pomoshch...

Дубликаты не найдены

+60

Обратили какие-то состояния, а время-то при чем?

раскрыть ветку 21
+60

Ну так время изнасиловали

+20

Если упростить, то время = течение процессов. Обратить течение процессов = обратить время.

раскрыть ветку 19
+41
Ну охуеть теперь, кубик рубика обратно собрал, считай молодец, вазу склеил так вовсе молодца
раскрыть ветку 18
+31

ТС, не помешала бы ссылка на оригинальную статью.

+30

заголовок громкий больно..  по сути это только прям для тех кто в теме..  для обывателя ничего (

а вообще хорошо бы застать "бум"  квантовых компьютеров на потребительском рынке... 

раскрыть ветку 4
+8

А его даже и не намечается. О них говорят уже много лет, но коммерческого продукта так и нет. Какая-то одна контора продаёт, но уж больно на фейк смахивает.

раскрыть ветку 1
0

Только эта "одна контора" – IBM. На шутку не похоже
https://www.research.ibm.com/ibm-q/technology/devices/

+4
Оно вам зачем? Для повседневных задач двоичные системы более функциональны
раскрыть ветку 1
+3

видя рост с 05 до сейчас,  представить не могу какой прогресс может ждать, 

есть опасение если и застанет кто понять или оценить это не особо сможет 😂

+17
Ничего не понял. Есть некое начальное пространство локализации электрона, которое со временем растет, так как непонятно, куда он делся. Как факт его нахождения спустя время в первоначальном пространстве противоречит тому, что его потенциальная локация увеличилась? Как это связано со временем? Если уж привели аналогию с шарами, то почему это именно возврат во времени, а не новое действие в обратном направлении?
раскрыть ветку 8
+5
Мне думается что речь именно о необратимости роста хаоса в системе. То есть электрон за любой промежуток времени не будет вновь локализован, только если не обратить сам процесс роста хаоса системы. И как следствие локализация доказывает возврат в исходную точку отсчёта времени. Кароче сложно чето
раскрыть ветку 6
+2
Я не пойму прикола с локализацией. Допустим, изначально он в шаре радиусом 1. Со временем — в шаре радиусом 2. Но ведь он включает в себя и шар радиусом 1, так что электрон вполне себе может находиться и там. Я не пытаюсь критиковать, но хочется хоть немного понять, что здесь происходит.
раскрыть ветку 5
+2
Если уж привели аналогию с шарами, то почему это именно возврат во времени, а не новое действие в обратном направлении?

По идее это одно и тоже так как неотличимо, в случае электрона.

Хотя это не фига не движение назад во времени материи, а лишь "отмотка" вероятности.


По настоящему движется назад во времени лишь антиматерия. (Ну это так Фейнман вроде говаривал)

раскрыть ветку 4
+12

С одной стороны, эта статья подробнее. С другой — нет ссылок. В общем, если в ближайшую пару часов ТС их не добавит — вынесу.

раскрыть ветку 3
+9

Не дает отредактировать пост, так что
Сама статья из Scientific Reports: nature.com/articles/s41598-019-40765-6
Статья на сайте МФТИ: mipt.ru/news/fiziki_obratili_vremya_vspyat_s_pomoshch...

При публикации дубликатов не было обнаружено и при беглом поиске пост aigerimcessa не был замечен :(

раскрыть ветку 2
+7

Нихуя не понял. Так "возврат во времени" (как его вообще можно зафиксировать?) или "возврат в исходное состояние"?

раскрыть ветку 17
+7
Комментарий удален. Причина: данный аккаунт был удалён
раскрыть ветку 2
0

Так если можно откатить время локально, то можно это сделать и глобально, только с куда большими затратами. Время же только возле массивных обьектов замедляется, а в остальной вселенной течет стандартно. Я как обыватель, понимаю это так, что раньше были не уверены в возможности отката времени, а теперь доказали.

раскрыть ветку 1
0

я так понял что они вернули в исходное состояние, которое по идеи не должно возвращаться в обычной жизни

раскрыть ветку 13
+1

Почему не должно?

раскрыть ветку 12
+7

Я ничего не понял, это нормально?

раскрыть ветку 2
+8
Нормально
Иллюстрация к комментарию
+2

В ебучей реальности - да.

В идеальном воображаемом мире - нет.

+2

Никто здесь не нарушил никакой второй принцип термодинамики... их пример с шарами: шары расползлись, а потом мы пнули стол определенным образом, то есть дали энергии в систему, и - о чудо - с определенным шансом мы вернули все как было... то ли опять насилуют, то ли пилят полимеры на создании вечного двигателя...

+3

Пфф... Я в компьютере еще в 2004 году время назад отматывал - в Принце Персии.

+3

Квантовая физика стала инструментом для недогуманитариев и псевдофизиков.

Данная статья отличный пример этому.

+2
Ну блин вот Америку, конечно открыли. Они взяли изначально ОТКРЫТУЮ систему и сказали: ух ты энтропия понижается! Видимо про теорему Пригожина и неравновестную термодинамику они не слышали...
+2

я со школы считал, что поскольку электроны одновременно существуют во всех точках вокруг ядра, то они скорее всего колеблются во времени вокруг текущего момента, при этом движутся в пространстве, и это для нас выглядит как будто они одновременно в разных точках. так что нарушение движения времени у сверхмалых частиц как бы не удивляет. другое дело, что в большой мир оно не перенесётся.

раскрыть ветку 5
0

Ну не одновременно во всех точках, конечно. Есть орбитали и т. п.

раскрыть ветку 4
+4
Я думаю, что @Naberlin имел ввиду явление квантовой суперпозиции. В таком случае в его словах есть доля истины.
раскрыть ветку 2
0

да, я имел в виду не вообще везде, а везде на соответствующей орбитали.

0

По моему, просто реконструкция начального состояния.

0
ни чё не понял,но очень интересно.
0
В декабре вышла наша работа, где второе начало локально нарушается за счет специального устройства, демона Максвелла.
Иллюстрация к комментарию
0
Ну, теоретически и бог есть
0
Для ребят, которые пишут "время то не отмотали" -- времени не существует и поэтому нельзя вернутся в обычном понимании "назад во времени". Есть только сейчас и наши хронометры, которые увеличивают счетчик секунд по определнному алгоритму. По статье -- нихуя не понял, но очень интересно (с)
0
Давно пора такие посты писать!!! Все просто и понятно.
0
Ну бред же, если я отправлю себе в прошлое бутерброд, значит в прошлом он должен был у меня появится, соответственно у меня было бы 2 бутерброда и я бы не стал посылать в прошлое второй бутерброд!!! Я бы их съел оба, так что время прямолинейно и ни назад ни вперёд никто никогда не сдвинется.
0
Сколько уже было статей про квантовую физику и мне никак не понять к чему собственно может привести её развитие
раскрыть ветку 1
0

Ко всему)

0
Тут упущена главная ошибка, что система стремится к хаосу, на самом деле она упорядочивается по законам физики, а для нас да это кажется хаосом. Нобелевку мне быстро!
0

Так. Человек-муравей всех спасёт или чё?!

раскрыть ветку 1
+2

если не придет человек-муравьед то спасет конечно

-1
Иллюстрация к комментарию
-1
Какие то странные фамилии для жителей США и Цюриха)). Учёных страна просирает, как может... Денег нет, но вы держитесь, ребят
-1

Коля Герасимов одобряет

-1

Заголовок прочитал как: "Фиксики заставили..."

-1

Что-то на магию похоже

раскрыть ветку 7
+5

Расслабьтесь, это не настоящее время, а математическое. Законы природы не нарушены, магии по прежнему не существует.

раскрыть ветку 3
0

Черт, то есть письмо из Хогвартса модно всё-таки не ждать ?

раскрыть ветку 2
+1

Кароче, если в 2х словах - то это что то на уровне "физики подогрели остывший чайник".

-4

Никакой магии. Только наука.

раскрыть ветку 1
+1
Иллюстрация к комментарию
-2
Я видимо слишком тупенькая для этого. Так мы сможем терминаторов в прошлое отправлять или нет?
-2
Нихуя не понял, но очень интересно.
-2
ничего не понял, но жутко интересно...
-2
К сожалению, не смог осилить. Пожалуйста, расскажите, что там в конце. Человечество научилось гидрировать пиццу?
-2
Главное, Марти, не встречайся со своим батей и не еби мамку свою
-2
Понятно
-3
Начало положено, уважаемые
раскрыть ветку 3
+2

Йух. Мы не переместим динозавра из прошлого в настоящие. Мы откатим атомы и воссоздадим динозавра по атомам таким как он был в прошлом. Но это будут разные динозавры.

раскрыть ветку 2
-1

Если атомы одинаковые и их положения одинаковые, то и динозавры одинаковые

раскрыть ветку 1
Похожие посты
Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: