Выбирай : Покупай : Используй

Вход для партнеров

Вход для продавцов

0

Российские ученые «обратили время вспять» с помощью квантового компьютера

Коллектив ученых из России, США и Швейцарии смог заставить квантовый компьютер вернуться в прошлое — кубиты, которые пришли из упорядоченного состояния в хаотическое, эволюционировали обратно к порядку. Для двухкубитных компьютеров эксперимент был успешным в 85% случаев.

Долой второй закон термодинамики

Ученым из Московского физико-технического института (МФТИ), Федеральной высшей технической школы Цюриха и Аргоннской национальной лаборатории США удалось вернуть состояние квантового компьютера на долю секунды в прошлое. Результаты эксперимента были опубликованы в журнале Scientific Reports.

По словам ведущего автора исследования Гордея Лесовика, заведующего лабораторией физики квантовых информационных технологий МФТИ, эксперимент относятся к серии работ, посвященных возможности нарушить второе начало термодинамики. Согласно этому закону, если некоторая система не имеет притока энергии извне, то она либо сохраняет свое состояние, либо самопроизвольно движется в сторону хаоса, но не порядка. С точки зрения этого закона возврат из хаоса обратно к порядку и есть возврат в прошлое.

«Сначала мы описали локальный вечный двигатель второго рода, — поясняет ученый. — 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».

Ход эксперимента

В ходе исследования были использованы квантовые компьютеры, состоящее из двух или из трех кубитов. Эксперимент включал четыре стадии: порядка, деградации, обращения времени и регенерации.

На стадии порядка все кубиты были приведены в основное состояние 0, то есть выстроены в упорядоченную систему. На стадии деградации порядок был утрачен, и кубиты начали усложняться причудливым образом. Это было сделано с помощью компьютерной программы эволюции, которая дала возможность сымитировать естественную утрату порядка из-за взаимодействия с окружением. Благодаря использованию программы изменения были контролируемыми.

На стадии обращения времени было инициировано обратное развитие состояния компьютера — от хаоса к порядку. Затем на стадии регенерации программа эволюции было запущено повторно, в результате чего кубиты приняли то исходное положение, в котором они находились в начале эксперимента — в этом и заключался возврат состояния компьютера во времени.

При возврате в прошлое бильярдные шары, электроны и кубиты проходят через те же четыре стадии

При проведении эксперимента на двухкубитном компьютере ученым удалось добиться возврата в исходное состояние в 85% случаев. У трехкубитных компьютеров возврат происходил всего в половине случаев. Исследователи объясняют это несовершенством квантового компьютера и обещают уменьшение количества ошибок по мере его развития.

Кроме того, сам алгоритм возврата в прошлое может помочь сделать квантовый компьютер более точным, уверяют ученые. По словам одного из участников эксперимента от МФТИ Андрея Лебедева, в доработанном виде алгоритм можно будет использовать для проверки программ квантового компьютера и для устранения помех и сбоев в его работе.

Аналогичные процессы в природе

В природе могут самопроизвольно протекать процессы, аналогичные данному эксперименту, отмечают исследователи. Например, электрон в пустом межзвездном пространстве может сам по себе отправиться в свое недавнее прошлое. При этом он проходит через те же четыре стадии.

В начале процесса электрон локализован, затем начинает «расползаться» в пространстве, поскольку система стремится к хаосу. Эволюция электрона описывается уравнением Шредингера. Соавтор работы Валерий Винокур из Аргоннской национальной лаборатории США отмечает, что это уравнение обратимо, и электрон может локализоваться обратно за то же время, которое ушло на «расползание». Теоретически такое может произойти из-за случайной флуктуации реликтового излучения в межзвездном пространстве.

Однако подобное происходит чрезвычайно редко, сообщают исследователи. Если ежесекундно находить и наблюдать по 10 млрд только что локализованных электронов, то 13,7 млрд лет, а это все время жизни Вселенной, хватит, чтобы всего один раз увидеть возврат электрона в прошлое состояние, причем всего лишь на одну десятимиллиардную долю секунды.

Более наглядным примером является возврат в прошлое бильярдных шаров. Изначально они выстроены в пирамиду, однако затем она разбивается от удара и шары раскатываются по всему бильярдному столу. Однако если после этого кто-то пнет или тряхнет бильярдный стол с бесконечной точным расчетом, они могут вернуться по своим траекториям обратно в пирамиду.

Комментарии