Российские ученые совместно с коллегами из США и Швейцарии заставили квантовый компьютер вернуться на долю секунды назад, тем самым они «нарушили» второй закон термодинамики.
Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.
«Это одна из серии работ, посвященных возможности нарушить второе начало термодинамики – закон физики, тесно связанный с различием между прошлым и будущим. Теперь мы подошли к проблеме с третьей стороны – мы искусственно создали такое состояние системы, которое само развивается в обратную с точки зрения второго начала сторону», – передает слова Гордея Лесовика из Московского Физтеха РИА «Новости».
Одна из основ современной физики – концепция «стрелы времени», которая описывает время как прямую, идущую из прошлого в будущее.
С точки зрения физики это подтверждается «вторым законом термодинамики», который утверждает, что для Вселенной характерно возрастание энтропии (состояние неупорядоченности, хаотичности). Именно этот принцип стал причиной, по которой «вечный двигатель» остается лишь мечтой и никогда не будет создан.
Но три года назад Гордей Лесовик и его коллеги выяснили, что второе начало термодинамики может быть нарушено на квантовом уровне. После этого открытия был создан квантовый аналог «демона Максвелла» – воображаемого существа, которое сортирует быстрые и медленные молекулы.
Позже российским ученым удалось реализовать эту идею. А после физики задумались о следующем эксперименте: исходя из свойств квантового мира разбить «демона Максвелла» на несколько частей, отстраненных на относительно большие расстояния. И эта задача была удачно выполнена.
Как рассказал Лесовик, логическим продолжением этих экспериментов стала проверка того, может ли время самопроизвольно обернуться вспять хотя бы для одной частицы, чьим поведением управляют законы квантовой физики.
Чтобы реализовать эксперимент, ученые выяснили, может ли электрон, находящийся в пустом пространстве, самостоятельно вернуться на какое-то время назад. Они использовали уравнение Шредингера, чтобы понять местонахождение частицы в конкретный момент. Основа расчетов –идея, что положение частицы в пространстве будет постепенно изменяться по действием «стрелы времени».
Выяснилось, что электрон может попасть в прошлом, вернувшись в то состояние, где он находился несколько мгновений назад. Но по расчетам Лесовика и его коллег такие события могут происходить крайне редко – около одного раза за все время существования Вселенной. А вернуться в прошлое можно будет только на 0,06 наносекунды.
Российские и зарубежные ученые осуществили эту операцию «вручную», используя облачный квантовый компьютер фирмы IBM. Они объединили два или три кубита (наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере) вычислительных модулей и ячеек памяти компьютеров, а потом заполнили их определенным набором чисел и начали манипулировать содержимым. В итоге уровень хаоса в этой квантовой системе начал стремительно расти.
Как только энтропия достигла определенной точки, работа кубитов стала управляться другой программой. Она перевела их в такое состояние, при котором дальнейшее движение пошло в сторону не хаоса, а порядка. Так кубиты на некоторое время вернулись в первоначальное состояние.
Физики отметили, что не всегда данный эксперимент проходил успешно. Причиной неудач могли быть ошибки в работе самого квантового компьютера.
Лесовик и его коллеги планируют продолжить работу в этом направлении и разработать механизмы более быстрого «обращения времени» для манипулирования состоянием большего числа кубитов.
В феврале сообщалось, что ученые, в том числе и российские физики, открыли новую частицу на Большом андронном коллайдере.
