Μια νέα τεχνική για τον κβαντικό υπολογισμό θα μπορούσε να ανοίξει το μοντέλο μας για το πώς κινείται ο χρόνος στο σύμπαν.
Εδώ είναι αυτό που φαίνεται να είναι αλήθεια: ο χρόνος λειτουργεί σε μια κατεύθυνση. Η άλλη κατεύθυνση; Οχι τόσο πολύ.
Αυτό είναι αλήθεια στη ζωή. (Η Τρίτη κυλάει στην Τετάρτη, 2018 το 2019, η νεολαία σε γηρατειά). Και είναι αλήθεια σε έναν κλασικό υπολογιστή. Τι σημαίνει αυτό? Είναι πολύ πιο εύκολο για ένα κομμάτι λογισμικού που τρέχει στο φορητό σας υπολογιστή να προβλέψει πώς ένα πολύπλοκο σύστημα θα κινηθεί και θα αναπτυχθεί στο μέλλον από το να αναδημιουργήσει το παρελθόν του. Μια ιδιότητα του σύμπαντος που οι θεωρητικοί ονομάζουν «αιτιακή ασυμμετρία» απαιτεί να χρειάζεται πολύ περισσότερες πληροφορίες - και πολύ πιο περίπλοκοι υπολογισμοί - να κινηθούν προς τη μία κατεύθυνση με το χρόνο από ό, τι κάνει για να κινηθούν στο άλλο. (Πρακτικά, η μετάβαση στο χρόνο είναι ευκολότερη.)
Αυτό έχει συνέπειες στην πραγματική ζωή. Οι μετεωρολόγοι μπορούν να κάνουν αρκετά καλή δουλειά για να προβλέψουν εάν θα βρέξουν σε πέντε ημέρες με βάση τα σημερινά δεδομένα ραντάρ καιρού. Αλλά ζητήστε από τους ίδιους μετεωρολόγους να καταλάβουν εάν βρέθηκε πριν από πέντε ημέρες χρησιμοποιώντας τις σημερινές εικόνες ραντάρ; Αυτό είναι ένα πολύ πιο δύσκολο έργο, απαιτώντας πολύ περισσότερα δεδομένα και πολύ μεγαλύτερους υπολογιστές.
Οι θεωρητικοί πληροφόρησης υποψιάστηκαν για μεγάλο χρονικό διάστημα ότι η αιτιακή ασυμμετρία μπορεί να είναι ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό του σύμπαντος. Ήδη από το 1927, ο φυσικός Arthur Eddington υποστήριξε ότι αυτή η ασυμμετρία είναι ο λόγος που προχωρούμε μόνο μέσα από το χρόνο, και δεν είναι ποτέ πίσω. Αν καταλαβαίνετε το σύμπαν ως έναν γιγαντιαίο υπολογιστή που υπολογίζει συνεχώς τον τρόπο του μέσα από το χρόνο, είναι πάντα ευκολότερο - λιγότερο εντατικά σε πόρους - για τα πράγματα να ρέουν προς τα εμπρός (αιτία, αποτέλεσμα) από ό, τι προς τα πίσω (αποτέλεσμα, τότε προκαλούν). Αυτή η ιδέα ονομάζεται "βέλος του χρόνου".
Αλλά ένα νέο έγγραφο, που δημοσιεύθηκε στις 18 Ιουλίου στο περιοδικό Physical Review X, ανοίγει την πόρτα στο ενδεχόμενο ότι το βέλος είναι ένα τεχνούργημα του κλασικού στυλ υπολογισμών - κάτι που μας φάνηκε να συμβαίνει μόνο λόγω των περιορισμένων εργαλείων μας.
Μια ομάδα ερευνητών διαπίστωσε ότι σε ορισμένες περιπτώσεις η αιτιώδης ασυμμετρία εξαφανίζεται στους κβαντικούς υπολογιστές, οι οποίοι υπολογίζονται με εντελώς διαφορετικό τρόπο. Σε αντίθεση με τους κλασσικούς υπολογιστές στους οποίους αποθηκεύονται πληροφορίες σε μία από τις δύο καταστάσεις (1 ή 0), με κβαντικούς υπολογιστές, αποθηκεύονται πληροφορίες σε υποατομικά σωματίδια που ακολουθούν ορισμένους περίεργους κανόνες και έτσι μπορεί ο καθένας να βρίσκεται ταυτόχρονα σε περισσότερες από μία πολιτείες. Και, ακόμη πιο δελεαστικό, το χαρτί τους δείχνει το δρόμο προς τη μελλοντική έρευνα που θα μπορούσε να δείξει ότι η αιτιακή ασυμμετρία δεν υπάρχει πραγματικά στο σύμπαν καθόλου.
Πώς είναι αυτό;
Πολύ τακτικά και πολύ τυχαία συστήματα είναι εύκολο να προβλεφθούν. (Σκεφτείτε ένα παραγγελθέν εκκρεμές - ή ένα σύννεφο αέριου γεμίζοντας ένα δωμάτιο - διαταραγμένο.) Σε αυτή την εργασία, οι ερευνητές εξέτασαν τα φυσικά συστήματα που είχαν ένα επίπεδο αταξίας και τυχαιότητας σε ένα χρυσό κολοκύθες - όχι πολύ λίγο και όχι πάρα πολύ. Έτσι, είναι κάτι πολύ δύσκολο για τους υπολογιστές να κατανοήσουν, είπε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Jayne Thompson, ένας θεωρητικός πολυπλοκότης και φυσικός που μελετά κβαντικές πληροφορίες στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης.
Στη συνέχεια, προσπάθησαν να καταλάβουν τα παρελθόντα και τα μελλοντικά συστήματα αυτών των συστημάτων χρησιμοποιώντας θεωρητικούς κβαντικούς υπολογιστές (χωρίς εμπλεκόμενους φυσικούς υπολογιστές). Όχι μόνο αυτά τα μοντέλα κβαντικών υπολογιστών χρησιμοποιούν λιγότερη μνήμη από τα κλασσικά μοντέλα υπολογιστών, είπε, ήταν σε θέση να τρέχουν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση στο χρόνο χωρίς να χρησιμοποιήσουν επιπλέον μνήμη. Με άλλα λόγια, τα κβαντικά μοντέλα δεν είχαν καμιά αιτιακή ασυμμετρία.
"Ενώ είναι κλασικά, μπορεί να είναι αδύνατο για τη διαδικασία να πάει σε μια από τις κατευθύνσεις", λέει ο Thompson στην Live Science, "τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι« κβαντικά μηχανικά », η διαδικασία μπορεί να πάει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση χρησιμοποιώντας ελάχιστη μνήμη».
Και αν αυτό είναι αλήθεια μέσα σε έναν κβαντικό υπολογιστή, αυτό είναι αλήθεια στο σύμπαν, είπε.
Η κβαντική φυσική είναι η μελέτη των περίεργων πιθανοτικών συμπεριφορών πολύ μικρών σωματιδίων - όλων των πολύ μικρών σωματιδίων του σύμπαντος. Και αν η κβαντική φυσική είναι αληθινή για όλα τα κομμάτια που συνθέτουν το σύμπαν, είναι αληθινό για το ίδιο το σύμπαν, ακόμα και αν κάποια από τα πιο περίεργα αποτελέσματά του δεν είναι πάντα προφανή για μας. Έτσι εάν ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να λειτουργήσει χωρίς αιτιακή ασυμμετρία, τότε μπορεί και το σύμπαν.
Φυσικά, βλέποντας μια σειρά από αποδείξεις σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι κβαντικοί υπολογιστές θα δουλέψουν μία μέρα δεν είναι το ίδιο με το να βλέπεις το αποτέλεσμα στον πραγματικό κόσμο. Αλλά είμαστε ακόμα πολύ μακριά από τους κβαντικούς υπολογιστές που έχουν προχωρήσει αρκετά ώστε να τρέξουν τα μοντέλα που περιγράφει αυτό το έγγραφο, είπαν.
Επιπλέον, ο Thompson είπε ότι αυτή η έρευνα δεν αποδεικνύει ότι δεν υπάρχει καμιά αιτιακή ασυμμετρία σε κανένα σημείο του σύμπαντος. Αυτή και οι συνεργάτες της έδειξαν ότι δεν υπάρχει ασυμμετρία σε μια χούφτα συστημάτων. Αλλά είναι δυνατόν, είπε, ότι υπάρχουν μερικά πολύ κβαντικά μοντέλα γυμνού οστού, όπου εμφανίζεται κάποια αιτιακή ασυμμετρία.
«Είμαι αγνωστικιστής στο σημείο αυτό», είπε.
Προς το παρόν.
Το επόμενο βήμα για αυτή την έρευνα, είπε, είναι να απαντήσει σε αυτή την ερώτηση - να καταλάβουμε εάν υπάρχει αιτιώδης ασυμμετρία σε οποιαδήποτε κβαντικά μοντέλα.
Αυτό το έγγραφο δεν αποδεικνύει ότι ο χρόνος δεν υπάρχει ή ότι θα μπορέσουμε κάποια στιγμή να γλιστρήσουμε προς τα πίσω μέσα από αυτό. Αλλά φαίνεται να δείχνει ότι ένα από τα βασικά δομικά στοιχεία της κατανόησης του χρόνου, αιτίας και αποτελέσματος δεν λειτουργεί πάντα με τον τρόπο που οι επιστήμονες έχουν αναλάβει εδώ και καιρό - και ίσως να μην λειτουργούν με αυτόν τον τρόπο. Αυτό που σημαίνει για το σχήμα του χρόνου, και για τον υπόλοιπο μας, εξακολουθεί να είναι κάτι ανοιχτό ερώτημα.
Το πραγματικό πρακτικό όφελος από αυτή την εργασία, είπε, είναι ότι οι δρόμοι κάτω από τον δρόμο, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορεί να είναι σε θέση να εκτελούν εύκολα προσομοιώσεις των πραγμάτων (όπως ο καιρός) προς οποιαδήποτε κατεύθυνση στο χρόνο, χωρίς σοβαρές δυσκολίες. Αυτή θα ήταν μια αλλαγή στη θάλασσα από τον σημερινό κόσμο της κλασσικής μοντελοποίησης.
