Jak komputery kwantowe mogą zabić strzałę czasu

  • Yurii Mongol
  • 0
  • 2477
  • 260

Nowa technika obliczeń kwantowych może zrujnować cały nasz model poruszania się czasu we wszechświecie.

Oto, co od dawna wydawało się prawdą: czas działa w jednym kierunku. W innym kierunku? Nie tak bardzo.

To prawda w życiu. (Wtorek przechodzi w środę, 2018 do 2019, młodość w starość.) I to prawda w klasycznym komputerze. Co to znaczy? W przypadku oprogramowania działającego na Twoim laptopie znacznie łatwiej jest przewidzieć, jak złożony system będzie się poruszać i rozwijać w przyszłości, niż odtwarzać jego przeszłość. Właściwość wszechświata, którą teoretycy nazywają „asymetrią przyczynową”, wymaga, aby poruszanie się w jednym kierunku w czasie wymagało znacznie więcej informacji - i znacznie bardziej złożonych obliczeń, niż w drugim. (Praktycznie rzecz biorąc, poruszanie się w czasie jest łatwiejsze.)

Ma to konsekwencje w życiu codziennym. Meteorolodzy mogą całkiem nieźle przewidzieć, czy za pięć dni będzie padać, na podstawie dzisiejszych danych radarowych. Ale poproś tych samych meteorologów, aby na podstawie dzisiejszych zdjęć radarowych ustalili, czy padało pięć dni temu? To znacznie trudniejsze zadanie, wymagające dużo więcej danych i znacznie większych komputerów. [18 największych nierozwiązanych tajemnic w fizyce]

Teoretycy informacji przez długi czas podejrzewali, że asymetria przyczynowa może być fundamentalną cechą wszechświata. Już w 1927 roku fizyk Arthur Eddington argumentował, że ta asymetria jest powodem, dla którego poruszamy się tylko do przodu w czasie, a nigdy do tyłu. Jeśli rozumiesz wszechświat jako gigantyczny komputer, który nieustannie oblicza swoją drogę w czasie, zawsze łatwiej - mniej zasobochłonnie - jest przepływ rzeczy do przodu (przyczyna, potem skutek) niż do tyłu (skutek, potem przyczyna). Ta idea nazywa się „strzałą czasu”.

Ale nowy artykuł, opublikowany 18 lipca w czasopiśmie Physical Review X, otwiera drzwi do możliwości, że ta strzała jest artefaktem obliczeń w klasycznym stylu - coś, co wydawało się nam tylko z powodu naszych ograniczonych narzędzi.

Zespół naukowców odkrył, że w pewnych okolicznościach asymetria przyczynowa znika w komputerach kwantowych, które obliczają w zupełnie inny sposób - w przeciwieństwie do klasycznych komputerów, w których informacje są przechowywane w jednym z dwóch stanów (1 lub 0), w przypadku komputerów kwantowych informacje są przechowywane w cząstkach subatomowych, które podlegają dziwacznym regułom, więc każda z nich może znajdować się w więcej niż jednym stanie w tym samym czasie. I, co jeszcze bardziej kuszące, ich artykuł wskazuje drogę do przyszłych badań, które mogłyby wykazać, że asymetria przyczynowa w ogóle nie istnieje we wszechświecie.

Jak to?

Bardzo uporządkowane i bardzo losowe systemy są łatwe do przewidzenia. (Pomyśl o wahadle - uporządkowanym - lub chmurze gazu wypełniającej pomieszczenie - nieuporządkowanej.) W tym artykule naukowcy przyjrzeli się układom fizycznym, które miały poziom nieuporządkowania i przypadkowości złotonośnego - nie za mały i niezbyt duży. (A więc coś w rodzaju rozwijającego się systemu pogodowego.) Są one bardzo trudne do zrozumienia dla komputerów, powiedział współautor badania Jayne Thompson, teoretyk złożoności i fizyk badający informacje kwantowe na National University of Singapore. [Wacky Physics: Najfajniejsze małe cząsteczki w przyrodzie]

Następnie próbowali odgadnąć przeszłość i przyszłość tych systemów za pomocą teoretycznych komputerów kwantowych (bez komputerów fizycznych). Dodała, że ​​te modele komputerów kwantowych nie tylko zużywają mniej pamięci niż klasyczne modele komputerowe, ale mogą działać w dowolnym kierunku w czasie bez zużywania dodatkowej pamięci. Innymi słowy, model kwantowy nie wykazuje asymetrii przyczynowej.

„Chociaż klasycznie proces może nie przebiegać w jednym z kierunków [w czasie]”, powiedział Thompson, „nasze wyniki pokazują, że„ mechanicznie kwantowo ”proces może przebiegać w dowolnym kierunku przy użyciu bardzo małej ilości pamięci”.

A jeśli to prawda wewnątrz komputera kwantowego, to jest to prawdą we wszechświecie, powiedziała.

Fizyka kwantowa to badanie dziwnych probabilistycznych zachowań bardzo małych cząstek - wszystkich bardzo małych cząstek we wszechświecie. A jeśli fizyka kwantowa jest prawdziwa dla wszystkich elementów składających się na wszechświat, to jest prawdą dla samego wszechświata, nawet jeśli niektóre z jego dziwnych efektów nie zawsze są dla nas oczywiste. Jeśli więc komputer kwantowy może działać bez asymetrii przyczynowej, to wszechświat też może.

Oczywiście zobaczenie serii dowodów na to, jak komputery kwantowe będą kiedyś działać, to nie to samo, co zobaczenie efektu w prawdziwym świecie. Jednak wciąż jesteśmy bardzo daleko od komputerów kwantowych wystarczająco zaawansowanych, aby obsługiwać modele opisane w tym artykule, powiedzieli.

Co więcej, powiedział Thompson, te badania nie dowodzą, że nigdzie we Wszechświecie nie ma asymetrii przyczynowej. Ona i jej koledzy pokazali, że nie ma asymetrii w kilku systemach. Ale jest możliwe, powiedziała, że ​​istnieją bardzo proste modele kwantowe, w których pojawia się pewna asymetria przyczynowa.

- W tej kwestii jestem agnostykiem - powiedziała.

Na razie.

Powiedziała, że ​​następnym krokiem tych badań jest odpowiedź na to pytanie - ustalenie, czy asymetria przyczynowa istnieje w jakimkolwiek modelu kwantowym..

Ten artykuł nie dowodzi, że czas nie istnieje ani że pewnego dnia będziemy w stanie prześlizgnąć się przez niego wstecz. Wydaje się jednak, że jeden z kluczowych elementów naszego zrozumienia czasu, przyczyny i skutku nie zawsze działa w sposób, jaki naukowcy od dawna zakładali - i może w ogóle nie działać w ten sposób. Co to oznacza dla kształtu czasu i dla reszty z nas, wciąż pozostaje kwestią otwartą.

Powiedziała, że ​​prawdziwą praktyczną korzyścią z tej pracy jest to, że w przyszłości komputery kwantowe mogą być w stanie łatwo przeprowadzać symulacje rzeczy (na przykład pogody) w dowolnym kierunku w czasie, bez większych trudności. To byłaby ogromna zmiana w porównaniu z obecnym światem modelowania klasycznego.

Pierwotnie opublikowano w dniu .




Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa