Vrijeme ide u jednom smjeru: naprijed. Dječaci postaju starci, ali ne i obrnuto; čašice se razbiju, ali nikad se spontano ne sastavljaju. Ovo okrutno i nepromjenjivo svojstvo svemira, nazvano "strijela vremena", u osnovi je posljedica drugog zakona termodinamike, koji nalaže da će sustavi s vremenom postati neuredniji. No nedavno su istraživači iz Sjedinjenih Država i Rusije tu strelicu samo malo sakrili - barem za subatomske čestice.
U novoj studiji, objavljenoj u utorak (12. ožujka) u časopisu Scientific Reports, istraživači su manipulirali strelicom vremena koristeći vrlo maleno kvantno računalo sačinjeno od dvije kvantne čestice, poznate kao qubits, koje su vršile proračune.
Na subatomskoj ljestvici, gdje vladaju neobična pravila kvantne mehanike, fizičari opisuju stanje sustava matematičkim konstruktom zvanim valna funkcija. Ova je funkcija izraz svih mogućih stanja u kojima bi se sustav mogao nalaziti - čak i u slučaju čestice, svih mogućih lokacija u kojima bi mogao biti - i vjerojatnosti da će sustav biti u bilo kojem od tih stanja u bilo kojem trenutku , Općenito, kako vrijeme prolazi, valne se funkcije šire; moguće je mjesto čestica udaljeno ako pričekate sat vremena nego ako čekate 5 minuta.
Poništavanje širenja valne funkcije nalik je pokušaju da se prolijeno mlijeko vrati u bocu. Ali upravo su to istraživači postigli u ovom novom eksperimentu.
"U osnovi nema šanse da se to dogodi samo od sebe", rekao je glavni istraživač Valerii Vinokur, fizičar iz Nacionalnog laboratorija Argonne u Illinoisu, prenosi Live Science. "To je takva izreka, ako ćeš dati majmunu pisaću mašinu i puno vremena, možda će napisati Shakespearea." Drugim riječima, to je tehnički moguće, ali toliko malo vjerojatno da će možda biti i nemoguće.
Kako su znanstvenici učinili potpuno nemoguće dogoditi? Pažljivim nadzorom eksperimenta.
"Stvarno vam treba puno kontrole kako biste se svi slomljeni komadići čašice vratili zajedno", rekao je Stephen Bartlett, profesor fizike na Sveučilištu u Sydneyu. Bartlett nije bio uključen u studiju. "Morate imati veliku kontrolu nad sustavom da biste to učinili ... a kvantno računalo je nešto što nam omogućava veliku količinu kontrole nad simuliranim kvantnim sustavom."
Istraživači su koristili kvantno računalo za simulaciju pojedine čestice, a njezina se valna funkcija tijekom vremena širila poput valova u ribnjaku. Zatim su u kvantno računalo napisali algoritam koji je preokrenuo evoluciju vremena svake pojedine komponente valne funkcije, u biti vukući tu pukotinu natrag u česticu koja ju je stvorila. Ostvarili su ovaj podvig bez povećanja entropije ili nereda negdje drugdje u svemiru, naizgled prkoseći streli vremena.
Znači li to da su istraživači napravili vremenski stroj? Jesu li kršili zakone fizike? Odgovor je na oba ova pitanja. Drugi zakon termodinamike kaže da se redoslijed svemira s vremenom mora smanjivati, ali ne i da nikad ne može ostati isti u vrlo posebnim slučajevima. I ovaj je eksperiment bio dovoljno malen, dovoljno kratak i dovoljno kontroliran da svemir nije dobio niti izgubio energiju.
"Vrlo je složeno i komplicirano slanje valova na ribnjak", nakon što su stvoreni, rekao je Vinokur, "ali vidjeli smo da je to moguće u kvantnom svijetu, u vrlo jednostavnom slučaju." Drugim riječima, bilo je moguće kad su koristili kontrolu koju im je dao kvantni računar da ponište učinak vremena.
Nakon pokretanja programa, sustav se vratio u prvobitno stanje 85 posto vremena. Međutim, kada je uveden treći kbit, eksperiment je uspio samo 50 posto vremena. Istraživači su rekli da se složenost sustava vjerojatno previše povećala s trećim kbitom, što otežava kvantnom računalu održavanje kontrole nad svim aspektima sustava. Bez te kontrole, entropija se ne može kontrolirati, a preokret vremena je zbog toga nesavršen. Ipak, oni ciljaju na veće sustave i veća kvantna računala za sljedeće korake, rekao je Vinokur za Live Science.
"Rad je lijep doprinos osnovama fizike", izjavio je za Live Science James Whitfield, profesor fizike na Dartmouth Collegeu u New Hampshireu, koji nije bio uključen u studiju. "Podsjeća nas da nisu sve aplikacije kvantnog računanja moraju biti orijentirane na aplikacije da bi bile zanimljive."
"Upravo zbog toga gradimo kvantna računala", rekao je Bartlett. "Ovo je demonstracija da nam kvantna računala mogu omogućiti simuliranje stvari koje se ne bi trebale dogoditi u stvarnom svijetu."
