Nova tehnika kvantnog računanja mogla bi otvoriti cijeli naš model kretanja vremena u svemiru.
Evo što se dugo činilo istinitim: Vrijeme djeluje u jednom smjeru. Drugi smjer? Ne tako puno.
To je istina u životu. (Utorak se pretvara u srijedu, 2018. u 2019., mladi u starost.) I istina je u klasičnom računalu. Što to znači? Puno je lakše za malo softvera koji se nalazi na vašem prijenosnom računalu predvidjeti kako će se složeni sustav kretati i razvijati u budućnosti nego što je moguće ponovno stvoriti svoju prošlost. Svojstvo svemira koje teoretičari nazivaju "kauzalnom asimetrijom" zahtijeva da se za kretanje u jednom smjeru kroz vrijeme treba mnogo više informacija - i mnogo složeniji proračuni - nego što se to čini u drugom. (Praktično govoreći, ići naprijed u vremenu je lakše.)
To ima posljedice u stvarnom životu. Meteorolozi mogu obaviti razmjerno dobar posao predvidjeti hoće li kiša za pet dana na temelju današnjih podataka o radarskom vremenu. Ali pitajte iste meteorologe da shvate je li kišilo prije pet dana koristeći današnje radarske slike? To je mnogo zahtjevniji zadatak, koji zahtijeva puno više podataka i puno veća računala.
Teoretičari informacija dugo su sumnjali da bi uzročna asimetrija mogla biti osnovna značajka svemira. Još davne 1927. fizičar Arthur Eddington tvrdio je da je ta asimetrija razlog zašto samo napredujemo kroz vrijeme, a nikad unatrag. Ako svemir shvaćate kao ogromno računalo koje neprestano izračunava svoj put kroz vrijeme, uvijek je lakše - manje naporno - stvari će teći prema naprijed (uzrok, zatim učinak) nego unatrag (učinak, a zatim uzrok). Ta se ideja naziva "strelica vremena".
No, novi rad, objavljen 18. srpnja u časopisu Physical Review X, otvara vrata mogućnosti da je ta strelica artefakt računanja u klasičnom stilu - nešto što se nama činilo slučaj zbog ograničenog broja alata.
Tim istraživača otkrio je da u određenim okolnostima nestaje kauzalna asimetrija unutar kvantnih računala koja računaju na potpuno drugačiji način - za razliku od klasičnih računala u kojima se informacije pohranjuju u jednom od dva stanja (1 ili 0), s kvantnim računalima, informacije se pohranjuju u subatomskim česticama koje slijede neka bizarna pravila i tako svaka može istovremeno biti u više stanja. I, što je još zanimljivije, njihov rad usmjerava put prema budućim istraživanjima koja bi mogla pokazati kauzalnu asimetriju u stvarnosti uopće ne postoje u svemiru.
Kako to?
Vrlo uredan i vrlo slučajan sustav lako je predvidjeti. (Pomislite na klatno - naručeno - ili oblak plina koji ispunjava sobu - neuredan.) U ovom radu, istraživači su pogledali fizičke sustave koji su imali poremećaj i slučajnost zlatokockica - ne premalo, a ne previše. (Dakle, nešto poput razvijajućeg vremenskog sustava.) To je kompjuterima teško razumjeti, rekla je koautorica studije Jayne Thompson, teoretičarka i fizičarka složenosti koja proučava kvantne informacije na Nacionalnom sveučilištu u Singapuru.
Zatim su pokušali ustanoviti prošlost i budućnost ovih sustava koristeći teorijska kvantna računala (bez fizičkih računala). Nisu samo ovi modeli kvantnih računala koristili manje memorije nego klasični računalni modeli, rekla je, bili su u stanju pokrenuti se u bilo kojem smjeru kroz vrijeme bez trošenja dodatne memorije. Drugim riječima, kvantni modeli nisu imali uzročne asimetrije.
"Iako je to klasično, proces bi mogao biti nemoguć u jednom od smjerova," rekao je Thompson za Live Science, "naši rezultati pokazuju da" kvantno mehanički "proces može ići u bilo kojem smjeru koristeći vrlo malo memorije."
A ako je to istina unutar kvantnog računala, to je istina u svemiru, rekla je.
Kvantna fizika je proučavanje čudnih vjerojatnih ponašanja vrlo malih čestica - svih vrlo sitnih čestica u svemiru. A ako je kvantna fizika istinita za sve dijelove koji čine svemir, to je istina i za sam svemir, čak i ako nam neki njegovi čudniji efekti nisu uvijek očiti. Ako kvantno računalo može raditi bez uzročne asimetrije, onda to može i svemir.
Naravno, vidjeti niz dokaza o tome kako će kvantna računala jednoga dana raditi nije isto što i vidjeti učinak u stvarnom svijetu. Ali još smo daleko od kvantnih računala dovoljno naprednih da pokreću vrste modela koje ovaj rad opisuje, rekli su.
Štoviše, rekao je Thompson, ovo istraživanje ne dokazuje da nigdje u svemiru ne postoji kauzalna asimetrija. Ona i njezini kolege pokazali su da u nekolicini sustava nema asimetrije. Ali moguće je, rekla je, da postoje neki kvantni modeli s golim kostima u kojima se pojavljuje neka kauzalna asimetrija.
"Agnostična sam po tom pitanju", rekla je.
Zasad.
Sljedeći korak ovog istraživanja, kako je rekla, jest odgovor na to pitanje - ustanoviti postoji li kauzalna asimetrija u bilo kojem kvantnom modelu.
Ovaj rad ne dokazuje da vrijeme ne postoji ili da ćemo jednog dana moći kliznuti unatrag. No čini se da pokazuje da jedan od ključnih sastavnih dijelova našeg razumijevanja vremena, uzroka i posljedica, ne djeluje uvijek na način na koji su znanstvenici dugo pretpostavljali - i možda neće uopće funkcionirati na taj način. Što to znači za oblik vremena, a i za nas ostale, još uvijek je nešto otvoreno pitanje.
Prava praktična korist ovog rada, rekla je, je da bi na ovaj način kvantna računala na putu, bez ozbiljnih poteškoća, mogla lako pokretati simulacije stvari (poput vremena) u bilo kojem smjeru. To bi bila promjena mora od trenutnog svijeta klasičnog modeliranja.
