Ученые «обратили время вспять» внутри квантового компьютера

Международная группа исследователей создала программу обращения времени на квантовом компьютере в эксперименте, который имеет огромное значение для понимания квантовых вычислений. Их подход также выявил кое-что весьма важное: операция обращения времени настолько сложна, что крайне маловероятно, а может быть, и невозможно, чтобы она происходила спонтанно в природе.

Исследование было опубликовано в Scientific Reports.

Команда провела эксперимент, основанный на реалистичном сценарии. Эволюция квантовой системы управляется уравнением Шредингера, которое дает ученым вероятность того, что частица находится в определенной области. Еще одним важным законом квантовой механики является принцип неопределенности Гейзенберга, который говорит, что нельзя знать точное положение и импульс частицы, потому что все во Вселенной ведет себя как частица и волна одновременно.

Ученые хотели посмотреть, смогут ли они получить время для самопроизвольного обращения одной частицы всего за долю секунды. Они используют пример кия, разбивающего треугольник бильярдного шара, и шары летят во всех направлениях. Команда решила проверить, может ли это произойти как спонтанно в природе, так и в лаборатории. Их эксперимент начался с локализованного электрона, а это значит, что они были почти уверены в его положении в небольшой области пространства. Законы квантовой механики затрудняют точное знание этого. Идея состоит в том, чтобы иметь наибольшую вероятность того, что электрон находится в определенной области. Эта вероятность «размывается» с течением времени, увеличивая вероятность того, что частица окажется в более широкой области.

Затем исследователи предлагают операцию обращения времени, чтобы вернуть электрон к его местонахождению. За мысленным экспериментом последовала настоящая математика. Ученые оценили вероятность того, что это произойдет с реальным электроном из-за случайных флуктуаций. Хотя в природе обращение времени маловероятно, в лаборатории это возможно.

Команда решила смоделировать идею локализованного электрона в квантовом компьютере и создать операцию обращения времени, которая вернет его в исходное состояние. Ясно было одно: чем больше становилась симуляция, тем более сложной (и менее точной) она становилась. В установке с двумя квантовыми битами (кубитами), имитирующей локализованный электрон, исследователи смогли повернуть время вспять в 85% случаев. В конфигурации с тремя кубитами только 50% случаев были успешными, а ошибок было больше.

Ранее Курсор писал, что в Израиле построят первый центр квантовых компьютер. Квантовые компьютеры, способные выполнять квантовые вычисления общего назначения, могут произвести революцию в широком спектре отраслей.

Кроме этого, ученые разгадали многовековую тайну физики. Исследователи Техниона нашли эффективное решение известной проблемы трех тел в физике.

Наша редакция сообщала, что физики разгадали загадочную тайну нанонауки: почему некоторые сверхмалые источники тепла остывают быстрее, если поместить их ближе друг к другу.