Uus kvantarvutustehnika võiks avada meie kogu mudeli, kuidas aeg universumis liigub.
Siin näib, mis pikk tundus tõsi olevat: aeg töötab ühes suunas. Teine suund? Mitte eriti.
See kehtib elus. (Teisipäev möödub 2018. aasta kolmapäevast 2019. aastasse, noorus vanaduspõlve.) Ja klassikalises arvutis on see tõsi. Mida see tähendab? Sülearvutis töötava tarkvara natukene on palju lihtsam ennustada, kuidas keeruline süsteem tulevikus liigub ja areneb, kui on oma mineviku taasloomine. Universumi omadus, mida teoreetikud nimetavad "põhjuslikuks asümmeetriaks", nõuab, et aja jooksul ühes suunas liikumiseks kulub palju rohkem teavet - ja palju keerulisemaid arvutusi - kui teises liikumiseks. (Praktiliselt on ajas edasi minemine lihtsam.)
Sellel on tagajärjed reaalses elus. Meteoroloogid saavad tänase ilmaradari andmete põhjal ennustada, kas viie päeva jooksul sajab vihma. Kuid paluge samadel meteoroloogidel välja selgitada, kas viis päeva tagasi sadas tänapäeva radaripilte kasutades? See on palju keerulisem ülesanne, mis nõuab palju rohkem andmeid ja palju suuremaid arvuteid.
Infoteoreetikud kahtlustasid pikka aega, et põhjuslik asümmeetria võib olla universumi põhijoon. Juba 1927. aastal väitis füüsik Arthur Eddington, et see asümmeetria on põhjus, miks me ainult aja jooksul edasi liigume, mitte kunagi tagasi. Kui mõistate universumit kui hiiglaslikku arvutit, mis arvutab pidevalt oma teed läbi aja, on asi alati lihtsam - vähem ressursimahukas -, et asjad voolaksid edasi (põhjus, siis tagajärg) kui tagurpidi (tagajärg, siis põhjus). Seda ideed nimetatakse "aja nool".
Kuid uus artikkel, mis avaldati 18. juulil ajakirjas Physical Review X, avab ukse võimalusele, et see nool on klassikalises stiilis arvutamise artefakt - midagi, mis näis meile nii olevat meie piiratud tööriistade tõttu.
Teadlaste meeskond leidis, et teatud juhtudel kaob põhjuslik asümmeetria kvantarvutites, mis arvutavad täiesti erinevalt. Erinevalt klassikalistest arvutitest, kus teavet hoitakse ühes kahes olekus (1 või 0), kvantarvutitega, salvestatakse teave subatomaatilistes osakestes, mis järgivad mõnda veidrat reeglit ja nii võivad mõlemad olla korraga rohkem kui ühes olekus. Ja veelgi köitvamalt osutab nende paber tulevase uurimistöö poole, mis võiks näidata põhjuslikku asümmeetriat, tegelikult pole universumis üldse olemas.
Kas nii sobib?; Kuidas sobib?; Mis sa arvad?
Väga korrapäraseid ja väga juhuslikke süsteeme on lihtne ennustada. (Mõelge tellitud pendlile või ruumi täitvale gaasipilvele - korrastamata.) Selles töös vaatlesid teadlased füüsilisi süsteeme, millel oli kuldnokkide häirete ja juhuslikkuse tase - mitte liiga vähe ja mitte liiga palju. (Niisiis, midagi areneva ilmastiku süsteemi sarnast.) Neid on arvutitel väga raske mõista, ütles uuringu kaasautor Jayne Thompson, Singapuri Riikliku Ülikooli kvantteavet uuriv keerukusteoreetik ja füüsik.
Järgmisena üritasid nad teoreetiliste kvantarvutite abil välja mõelda nende süsteemide pasteeme ja tulevikku (füüsilisi arvuteid ei kaasatud). Need kvantarvutite mudelid ei kasutanud mitte ainult vähem mälu kui klassikalised arvutimudelid, vaid nad suutsid ka aja jooksul liikuda kummaski suunas ilma täiendavat mälu. Teisisõnu, kvantmudelitel ei olnud põhjuslikku asümmeetriat.
"Klassikaliselt võib olla võimatu, et protsess liigub ühes suunas," ütles Thompson Live Science'ile. "Meie tulemused näitavad, et" kvantmehaaniliselt "võib protsess kulgeda mõlemas suunas, kasutades väga vähe mälu."
Ja kui see on kvantarvuti sees tõsi, siis kehtib see ka universumis.
Kvantfüüsika on väga väikeste osakeste - kõigi universumi väga väikeste osakeste - kummalise tõenäosusliku käitumise uurimine. Ja kui kvantfüüsika vastab tõele kõigi universumi moodustavate tükkide kohta, siis kehtib see ka universumi enda kohta, isegi kui mõned selle veidramad efektid pole meile alati ilmsed. Nii et kui kvantarvuti saab töötada ilma põhjusliku asümmeetriata, siis saab seda teha ka universum.
Muidugi pole rea tõendite nägemine, kuidas kvantarvutid ühel päeval tööle hakkavad, sama asi kui efekti nägemine reaalses maailmas. Kuid me oleme veel kaugel kvantarvutitest, mis on piisavalt arenenud, et käitada selliseid mudeleid, mida see raamat kirjeldab, ütlesid nad.
Veelgi enam, Thompson ütles, et see uuring ei tõesta, et kuskil universumis pole põhjuslikku asümmeetriat. Tema ja ta kolleegid näitasid, et käputäis süsteeme pole asümmeetriline. Kuid tema sõnul on võimalik, et on olemas mõned väga paljaste luude kvantmudelid, kus ilmneb põhjuslik asümmeetria.
"Olen selles küsimuses agnostik," sõnas naine.
Praeguseks.
Tema sõnul on tema uurimistöö järgmine samm sellele küsimusele vastamine - selgitada välja, kas põhjuslik asümmeetria eksisteerib mõnes kvantmudelis.
See paber ei tõesta, et aega pole olemas või et suudame ühel päeval sellest mööda libiseda. Kuid näib, et see näitab, et meie aja, põhjuse ja tagajärje mõistmise üks võtmeelemente ei tööta alati viisil, mida teadlased on ammu eeldanud - ja võib-olla ei tööta see üldse. Mida see aja kuju ja meie kõigi jaoks tähendab, on endiselt lahtine küsimus.
Selle töö tegelik praktiline kasu on tema sõnul see, et maanteel asuvad kvantarvutid suudavad ilma tõsiste raskusteta hõlpsalt aja jooksul simuleerida asju (näiteks ilm) mõlemas suunas. See oleks praeguse klassikalise modelleerimise maailmast pärit meremuutus.
