Jak kvantové počítače mohly zabít šipku času

Nová technika pro kvantové výpočty by mohla otevřít celý náš model toho, jak se čas pohybuje ve vesmíru.

Tady je to, co se zdálo být pravda: Čas funguje jedním směrem. Druhým směrem? Ne tak moc.

To je pravda v životě. (Úterý se valí do středy, 2018 do 2019, mládí do stáří.) A je to pravda v klasickém počítači. Co to znamená? Je to mnohem jednodušší pro trochu softwaru běžícího na vašem notebooku předpovídat, jak se bude složitý systém v budoucnu pohybovat a vyvíjet, než je znovu vytvořit svou minulost. Vlastnost vesmíru, kterou teoretici nazývají „kauzální asymetrie“, vyžaduje, aby se pohybovalo jedním směrem v čase mnohem více informací a mnohem složitějšími výpočty, než se pohybovalo druhým. (Prakticky řečeno, postupovat vpřed v čase je snazší.)

To má důsledky v reálném životě. Meteorologové mohou na základě dnešních meteorologických údajů udělat rozumně dobrou práci, když předpovídají, zda prší během pěti dnů. Ale požádejte stejné meteorology, aby zjistili, zda pršelo před pěti dny pomocí dnešních radarových snímků? To je mnohem náročnější úkol, vyžadující mnohem více dat a mnohem větší počítače. [18 největších nevyřešených záhad ve fyzice]

Informační teoretici na dlouhou dobu předpokládali, že kauzální asymetrie může být základním rysem vesmíru. Již v roce 1927 fyzik Arthur Eddington tvrdil, že tato asymetrie je příčinou toho, že se pohybujeme pouze časem a nikdy zpět. Pokud chápete vesmír jako obrovský počítač, který neustále počítá svou cestu v čase, je vždy snazší - méně náročné na zdroje -, aby věci stékaly vpřed (příčina, pak efekt) než zpětně (efekt, pak příčina). Tento nápad se nazývá „šipka času“.

Ale nový článek, publikovaný 18. července v časopise Physical Review X, otevírá dveře možnosti, že tato šipka je artefaktem klasického výpočtu - něco, co se nám zdálo být jen kvůli našim omezeným nástrojům.

Tým vědců zjistil, že za určitých okolností kauzální asymetrie zmizí uvnitř kvantových počítačů, které se počítají úplně jiným způsobem - na rozdíl od klasických počítačů, ve kterých jsou informace uloženy v jednom ze dvou stavů (1 nebo 0), u kvantových počítačů jsou informace ukládány v subatomických částicích, které se řídí některými bizarními pravidly, takže každý může být ve více než jednom stavu současně. A co je ještě lákavější, jejich práce ukazuje cestu k budoucímu výzkumu, který by mohl ukázat příčinnou asymetrii ve vesmíru vůbec neexistuje.

Jakto?

Velmi uspořádané a velmi náhodné systémy lze snadno předvídat. (Přemýšlejte o kyvadlu - uspořádaném - nebo o oblaku plynu, který zaplňuje místnost - neuspořádaný.) V tomto článku se vědci dívali na fyzické systémy, které měly úroveň a náhodnost na úrovni zlatovlásky - ne příliš málo a příliš mnoho. (Takže něco jako vyvíjející se meteorologický systém.) Počítačům je velmi obtížné porozumět, řekla spoluautor studie Jayne Thompson, teoretik složitosti a fyzik studující kvantové informace na Národní univerzitě v Singapuru. [Wacky Physics: Nejchladnější malé částice v přírodě]

Dále se pokusili zjistit minulost a budoucnost těchto systémů pomocí teoretických kvantových počítačů (bez fyzických počítačů). Nejen, že tyto modely kvantových počítačů využívaly méně paměti než klasické počítačové modely, řekla, že dokázaly běhat v obou směrech časem, aniž by využívaly další paměť. Jinými slovy, kvantové modely nemají žádnou kauzální asymetrii.

"Ačkoli klasicky, může být nemožné, aby proces šel v jednom ze směrů [časem]," řekl Thompson, "naše výsledky ukazují, že" kvantově mechanicky ", může proces jít v obou směrech s velmi malou pamětí."

A pokud je to pravda uvnitř kvantového počítače, je to pravda ve vesmíru, řekla.

Kvantová fyzika je studium zvláštního pravděpodobnostního chování velmi malých částic - všech velmi malých částic ve vesmíru. A pokud je kvantová fyzika pravdivá pro všechny kusy, které tvoří vesmír, platí to pro samotný vesmír, i když nám některé jeho podivné efekty nejsou vždy zřejmé. Pokud tedy kvantový počítač dokáže pracovat bez kauzální asymetrie, pak může i vesmír.

Samozřejmě, vidět řadu důkazů o tom, jak kvantové počítače budou jednoho dne fungovat, není totéž jako vidět efekt v reálném světě. Ale stále jsme daleko od kvantových počítačů, které jsou dostatečně pokročilé na to, aby fungovaly takovými modely, které tento dokument popisuje.

A co víc, Thompson řekl, tento výzkum neprokazuje, že ve vesmíru není kauzální asymetrie. Ona a její kolegové ukázali, že v hrstce systémů není asymetrie. Je však možné, že existují některé velmi kvantové modely s holými kostmi, kde se objevuje kauzální asymetrie.

„Jsem v tom bodě agnostická,“ řekla.

Pro teď.

Dalším krokem tohoto výzkumu, řekla, je odpovědět na tuto otázku - zjistit, zda kauzální asymetrie existuje v jakémkoli kvantovém modelu..

Tento dokument neprokazuje, že čas neexistuje, nebo že jednoho dne budeme moci proklouznout skrz něj. Zdá se však, že ukazuje, že jeden z klíčových stavebních kamenů našeho chápání času, příčiny a následku, nefunguje vždy tak, jak vědci dlouho předpokládali - a nemusí tak vůbec fungovat. Co to znamená pro tvar času a pro nás ostatní, je stále něco otevřeného.

Skutečným praktickým přínosem této práce je, že cesta dolů po kvantových počítačích by mohla být schopna snadno spouštět simulace věcí (jako je počasí) v obou směrech v průběhu času, bez vážných obtíží. To by byla mořská změna ze současného světa klasického modelování.

Původně publikováno dne .