Nova tehnika kvantnega računanja bi lahko odprla naš celotni model, kako se čas giblje v vesolju.
Tu se zdi, da je dolgo resnično: čas deluje v eno smer. Druga smer? Ne preveč.
To je res v življenju. (Torek se prelevi v sredo, 2018 v 2019, mladost v starost.) In res je v klasičnem računalniku. Kaj to pomeni? Za malo programske opreme, ki deluje na prenosniku, je veliko lažje napovedati, kako se bo zapleten sistem premikal in razvijal v prihodnosti, kot pa poustvariti svojo preteklost. Lastnost vesolja, ki jo teoretiki imenujejo "kauzalna asimetrija", zahteva, da je za premikanje v eni smeri skozi čas potrebno veliko več informacij - in veliko bolj zapletenih izračunov, kot v drugi. (Praktično gledano je iti naprej v času lažje.)
To ima resnične posledice. Meteorologi lahko na podlagi današnjih podatkov o vremenskih radarjih napovedo, da bodo v petih dneh napovedali, ali bo deževalo. Toda vprašajte iste meteorologe, da bi ugotovili, ali je pred petimi dnevi deževalo s pomočjo današnjih radarskih slik? To je veliko bolj zahtevna naloga, ki zahteva veliko več podatkov in veliko večje računalnike.
Teoretiki informacij so dolgo časa sumili, da je vzročna asimetrija lahko temeljna značilnost vesolja. Fizik Arthur Eddington je že leta 1927 trdil, da je ta asimetrija razlog, da gremo le skozi čas in nikoli nazaj. Če vesolje razumete kot velikanski računalnik, ki neprestano izračunava svojo pot skozi čas, je vedno lažje - manj zahtevno, da se stvari pretakajo naprej (vzrok, učinek) kot nazaj (učinek, nato vzrok). Ta ideja se imenuje "puščica časa."
Toda nov prispevek, objavljen 18. julija v reviji Physical Review X, odpira vrata možnosti, da je ta puščica artefakt izračunavanja v klasičnem slogu - nekaj, kar se nam zdi le zaradi omejenih orodij.
Skupina raziskovalcev je ugotovila, da v določenih okoliščinah izginja vzročna asimetrija znotraj kvantnih računalnikov, ki izračunajo na povsem drugačen način - za razliko od klasičnih računalnikov, v katerih se informacije shranijo v enem od dveh stanj (1 ali 0), s kvantnimi računalniki se informacije shranijo v subatomskih delcih, ki sledijo nekaterim bizarnim pravilom in tako je lahko vsak hkrati v več kot enem stanju. In še bolj zanimivo je, da njihov prispevek kaže pot do prihodnjih raziskav, ki bi lahko pokazale vzročno asimetrijo v vesolju sploh ne obstaja.
Kako to?
Zelo urejene in zelo naključne sisteme je enostavno predvideti. (Pomislite na nihalo - po naročilu - ali na oblak plina, ki napolni sobo - neurejen.) V tem prispevku so raziskovalci pregledali fizične sisteme, ki so imeli raven motenj in naključnosti zlatoglavcev - ne premalo in ne preveč. (Torej, nekaj podobnega razvijajočemu se vremenskemu sistemu.) Te računalnike zelo težko razumejo, je povedala soavtorica študije Jayne Thompson, teoretik zapletenosti in fizik, ki preučuje kvantne informacije na univerzi v Singapurju.
Nato so poskušali ugotoviti preteklost in prihodnost teh sistemov s pomočjo teoretičnih kvantnih računalnikov (brez fizičnih računalnikov). Ne samo, da ti modeli kvantnih računalnikov uporabljajo manj pomnilnika kot klasični računalniški modeli, po njenem mnenju so lahko tekali v katero koli smer skozi čas, ne da bi porabili dodaten pomnilnik. Z drugimi besedami, kvantni modeli niso imeli vzročne asimetrije.
"Čeprav je to klasično, bi bilo morda nemogoče iti v eno smer," je Thompson povedal Live Science, "naši rezultati kažejo, da" kvantno mehanično "lahko proces gre v katero koli smer, če uporabimo zelo malo pomnilnika."
In če je to res znotraj kvantnega računalnika, je to res v vesolju, je dejala.
Kvantna fizika je preučevanje čudnega verjetnostnega vedenja zelo majhnih delcev - vseh zelo majhnih delcev v vesolju. In če je kvantna fizika resnična za vse koščke, ki sestavljajo vesolje, to velja za samo vesolje, tudi če nekateri njegovi čudni učinki niso vedno očitni. Če lahko kvantni računalnik deluje brez vzročne asimetrije, potem lahko tudi vesolje.
Seveda gledanje niza dokazov o tem, kako bodo kvantni računalniki nekega dne delovali, ni isto kot videti učinek v resničnem svetu. Vendar smo še vedno daleč od kvantnih računalnikov, ki so dovolj napredni, da upravljajo vrste modelov, ki jih opisuje ta dokument, so dejali.
Še več, je dejal Thompson, ta raziskava ne dokazuje, da nikjer v vesolju ni vzročne asimetrije. S sodelavci je pokazala, da v nekaj sistemih ni asimetrije. Toda možno je, da je dejala, da obstajajo nekateri zelo kvantni kvantni modeli, pri katerih se pojavlja kavzalna asimetrija.
"Glede tega sem agnostna," je dejala.
Za zdaj.
Naslednji korak te raziskave je, da odgovori na to vprašanje - ugotoviti, ali vzročna asimetrija obstaja v katerem koli kvantnem modelu.
Ta dokument ne dokazuje, da čas ne obstaja ali da bomo nekega dne lahko drseli nazaj po njem. A zdi se, da kaže, da eden ključnih sestavnih elementov našega razumevanja časa, vzroka in posledic ne deluje vedno tako, kot so znanstveniki že dolgo predvidevali - in morda sploh ne deluje tako. Kaj to pomeni za obliko časa in za nas, je še vedno nekaj odprtega vprašanja.
Resnična praktična korist tega dela je, da je tako, da bi lahko kvantni računalniki po cesti navzdol brez težav izvajali simulacije stvari (kot je vreme) v katero koli smer skozi čas, brez resnih težav. To bi bila morska sprememba od trenutnega sveta klasičnega modeliranja.
