Cum ar putea calculatoarele cuantice să omoare săgeata timpului

O nouă tehnică pentru calculul cuantic ar putea deschide întregul nostru model de mișcare a timpului în univers.

Iată ce timp pare să fie adevărat: timpul funcționează într-o direcție. Cealaltă direcție? Nu atat de mult.

Este adevărat în viață. (Marți se lansează miercuri, 2018 în 2019, tinerețea la bătrânețe.) Și este adevărat într-un computer clasic. Ce inseamna asta? Este mult mai ușor pentru un pic de software care rulează pe laptop să prezice modul în care se va muta și se va dezvolta un sistem complex în viitor decât este acela de a-și recrea trecutul. O proprietate a universului pe care teoreticienii o numesc „asimetrie cauzală” cere să fie nevoie de mai multe informații - și de calcule mult mai complexe - pentru a se deplasa într-o direcție în timp decât pentru a se mișca în cealaltă. (Practic vorbind, a merge mai departe în timp este mai ușor.)

Aceasta are consecințe în viața reală. Meteorologii pot face o treabă destul de bună de a prezice dacă va ploua în cinci zile, pe baza datelor radar meteorologice de astăzi. Dar întreabă aceiași meteorologi să-și dea seama dacă a plouat acum cinci zile folosind imaginile radar de astăzi? Aceasta este o sarcină mult mai dificilă, care necesită mult mai multe date și computere mult mai mari. [Cele mai mari 18 mistere nesoluționate în fizică]

Teoreticienii informațiilor au suspectat de multă vreme că asimetria cauzală ar putea fi o trăsătură fundamentală a universului. Încă din 1927, fizicianul Arthur Eddington susținea că această asimetrie este motivul pentru care avansăm doar în timp și niciodată înapoi. Dacă înțelegeți universul ca un computer gigant calculându-și în mod constant drumul în timp, este întotdeauna mai ușor - mai puțin consumator de resurse - ca lucrurile să curgă înainte (cauza, apoi efectul) decât înapoi (efectul, apoi cauza). Această idee se numește „săgeata timpului”.

Dar o nouă lucrare, publicată pe 18 iulie în revista Physical Review X, deschide ușa posibilității ca acea săgeată să fie un artefact al calculului în stil clasic - ceva care ni s-a părut doar din cauza instrumentelor noastre limitate.

O echipă de cercetători a descoperit că în anumite circumstanțe dispare asimetria cauzală în computerele cuantice, care calculează într-un mod cu totul diferit - Spre deosebire de computerele clasice în care informațiile sunt stocate într-una din cele două stări (1 sau 0), cu computere cuantice, informațiile sunt stocate în particule subatomice care respectă unele reguli bizare și astfel fiecare poate fi în mai multe stări în același timp. Și, chiar mai atrăgător, lucrarea lor indică calea către cercetările viitoare care ar putea arăta asimetria cauzală nu există cu adevărat în univers..

Cum e?

Sistemele foarte ordonate și foarte aleatorii sunt ușor de prevăzut. (Gândiți-vă la un pendul - ordonat - sau la un nor de gaz care umple o cameră - dezordonat.) În această lucrare, cercetătorii au privit sistemele fizice care aveau un nivel de tulburare și aleatoriu al blocajelor de aur - nu prea puțin și nu prea mult. (Deci, ceva asemănător unui sistem meteo în dezvoltare.) Acestea sunt foarte dificile de înțeles de către calculatoare, a declarat co-autorul studiului Jayne Thompson, un teoretician și fizician al complexității care studiază informații cuantice la Universitatea Națională din Singapore. [Fizica neplăcută: cele mai cool particule mici din natură]

În continuare, au încercat să descopere trecuturile și viitorul acestor sisteme folosind calculatoare cuantice teoretice (nu sunt implicate computere fizice). Nu numai că aceste modele de calculatoare cuantice au folosit mai puțină memorie decât modelele clasice de computer, a spus ea, au putut să ruleze în ambele direcții în timp, fără să folosească memorie suplimentară. Cu alte cuvinte, modelele cuantice nu au asimetrie cauzală.

"În timp ce în mod clasic, s-ar putea să fie imposibil ca procesul să meargă într-una din direcțiile [prin timp]", a spus Thompson, "rezultatele noastre arată că" cuantic mecanic ", procesul poate merge în orice direcție folosind foarte puțină memorie."

Și dacă acest lucru este adevărat într-un computer cuantic, acest lucru este adevărat în univers, a spus ea.

Fizica cuantică este studiul comportamentelor ciudate probabilistice ale particulelor foarte mici - toate particulele foarte mici din univers. Și dacă fizica cuantică este adevărată pentru toate piesele care alcătuiesc universul, este adevărat pentru universul însuși, chiar dacă unele dintre efectele sale mai ciudate nu sunt întotdeauna evidente pentru noi. Deci, dacă un computer cuantic poate funcționa fără asimetrie cauzală, atunci universul poate fi.

Desigur, a vedea o serie de dovezi despre modul în care computerele cuantice vor funcționa într-o zi nu este același lucru cu a vedea efectul în lumea reală. Dar suntem încă departe de calculatoarele cuantice suficient de avansate pentru a rula genul de modele pe care le descrie acest document, au spus ei.

Mai mult, a spus Thompson, această cercetare nu dovedește că nu există nicio asimetrie cauzală nicăieri în univers. Ea și colegii ei au arătat că nu există o asimetrie într-o mână de sisteme. Dar este posibil, există câteva modele cuantice cu oase goale, în care apare o asimetrie cauzală.

"Sunt agnostic pe acel punct", a spus ea.

Deocamdata.

Următorul pas pentru această cercetare, a spus ea, este să răspundă la această întrebare - pentru a afla dacă există o asimetrie cauzală în orice modele cuantice.

Această lucrare nu dovedește că timpul nu există sau că într-o bună zi vom putea aluneca înapoi prin ea. Dar se pare că unul dintre elementele cheie ale înțelegerii noastre despre timp, cauză și efect, nu funcționează întotdeauna în modul în care oamenii de știință și-au asumat de mult timp și s-ar putea să nu funcționeze deloc așa. Ceea ce înseamnă asta pentru forma timpului și pentru noi, este încă o întrebare deschisă.

Beneficiul practic real al acestei lucrări, a spus ea, este că în acest fel calculatoarele cuantice rutiere ar putea fi capabile să ruleze cu ușurință simulări ale lucrurilor (cum ar fi vremea) în orice direcție în timp, fără dificultăți serioase. Aceasta ar fi o schimbare a mării din lumea actuală a modelării clasice.

Publicat inițial la .