V naší každodenní zkušenosti je čas jednosměrná ulice. Vidíme, že rozbitá vejce zůstanou rozbitá a rozlité mléko se nikdy nevrátí do sklenice. Tento jev je způsoben Druhým zákonem termodynamiky, který říká, že entropie — nebo neuspořádanost — v systému vždy roste s časem. Nový teoretický výzkum však naznačuje, že na subatomární úrovni lze tuto „šipku času“ ve skutečnosti obrátit.
Koncept reverzibility
Studie publikovaná v časopise Physical Review X fyzikem Luisem Pedro Garcíou-Pintosem a jeho týmem ukazuje, že v kvantových systémech lze události „obrátit“ a jít opačným směrem. I když jsou tyto výsledky v tomto bodě teoretické, poskytují matematický plán, jak by bylo možné takového výkonu dosáhnout pomocí přesné externí kontroly.
Abychom pochopili, jak to funguje, musíme zvážit vztah mezi dimenzí a řádem:
- Role měření: V kvantové mechanice jsou částice ve stavu superpozice – to znamená, že jsou v několika stavech současně – dokud nejsou změřeny. Akt měření „sbalí“ tento stav do jednoho konkrétního výsledku.
- ** „Démon“ ve stroji:** V 19. století navrhl James Clerk Maxwell myšlenkový experiment zahrnující „Maxwellova démona“, hypotetického tvora, který dokáže třídit rychlé a pomalé molekuly, aby snížil entropii.
- Hamiltonská kontrola: Výzkumníci použili počítačové simulace, aby předstírali, že jsou moderním „démonem“. Aplikací specifické sekvence polí a pulzů, známých jako Hamiltonian, dokázali vrátit virtuální kvantový systém do jeho původního stavu, čímž účinně zrušili účinky času a dimenze.
Proč je to důležité pro budoucnost technologií
Schopnost zvrátit kvantové procesy není jen filozofická kuriozita; toto je řešení jedné z nejvýznamnějších „překážek“ moderní fyziky: dekoherence.
K dekoherenci dochází, když kvantový systém interaguje se svým prostředím, což způsobí, že ztratí své jedinečné kvantové vlastnosti a vstoupí do normálního, „klasického“ stavu. Tato ztráta informací je hlavním důvodem, proč je budování stabilních kvantových počítačů ve velkém měřítku tak obtížné.
„Změna času na kvantové úrovni by mohla zastavit ztrátu informací, které sužují kvantové počítače,“ říká Andrea Rocco, fyzik z University of Surrey. “To se okamžitě stane neuvěřitelnou výhodou při vytváření podobných kvantových technologií.”
Potenciální aplikace
Kromě stabilizace kvantových počítačů výzkum navrhuje několik transformačních použití hamiltonovského řízení:
- Oprava kvantových chyb: Reverzní dekoherence by mohla vědcům umožnit „zrušit“ chyby způsobené vlivy prostředí, a tím zachovat stabilitu kvantových bitů (qubitů) po delší období.
- Motory pro kontinuální měření: Energie zavedená do systému během měření může být potenciálně „stažena zpět“ Hamiltoniánem a uložena, přičemž funguje jako kvantová baterie pro napájení dalších procesů.
Závěr
Tím, že tento výzkum dokázal, že směr času lze manipulovat v kontrolovaných kvantových prostředích, otevírá nové horizonty pro kvantové výpočty. Pokud se tyto teoretické modely podaří úspěšně převést do fyzikálních experimentů, mohly by poskytnout nástroje potřebné k překonání křehkosti kvantové informace.
