Uusi tekniikka kvanttilaskentaan voisi rikkoa koko mallimme siitä, kuinka aika liikkuu maailmankaikkeudessa.
Tässä on se, mikä pitkään näytti olevan totta: Aika toimii yhdessä suunnassa. Toinen suunta? Ei niin paljon.
Se on totta elämässä. (Tiistai kääntyy keskiviikosta 2018 2019, nuoret vanhuuteen.) Ja se on totta klassisessa tietokoneessa. Mitä tuo tarkoittaa? Hiukan tietokoneellasi käynnissä olevalla ohjelmistolla on paljon helpompaa ennustaa, kuinka monimutkainen järjestelmä liikkuu ja kehittyy tulevaisuudessa kuin luoda uudelleen menneisyytensä. Universumin ominaisuus, jota teoreetikot kutsuvat "kausaaliseksi epäsymmetriseksi", vaatii, että liikkua ajassa yhteen suuntaan paljon enemmän tietoa - ja paljon monimutkaisempia laskelmia kuin toisessa liikkua. (Käytännössä ajaminen eteenpäin on helpompaa.)
Tällä on tosielämän seurauksia. Meteorologit voivat tehdä kohtuullisen hyvää työtä ennustaakseen, onko sadetta viidessä päivässä, tämän päivän säätutkatietojen perusteella. Mutta kysy samoilta meteorologeilta selvittää, satoiko viisi päivää sitten nykypäivän tutkakuvilla? Se on paljon haastavampaa tehtävä, joka vaatii paljon enemmän dataa ja paljon isompia tietokoneita.
Informaatio-teoreetikot epäilivät pitkään, että syy-epäsymmetria saattaa olla maailmankaikkeuden perusta. Jo vuonna 1927 fyysikko Arthur Eddington väitti, että tämä epäsymmetria on syy siihen, että etenemme vain ajan myötä eikä koskaan taaksepäin. Jos ymmärrät maailmankaikkeuden jättiläisenä tietokoneena, joka laskee jatkuvasti tiensä läpi ajan, asioiden virtaaminen eteenpäin (syy, sitten seuraus) on aina helpompaa - vähemmän resurssiintensiivistä - kuin taaksepäin (seuraus, sitten aiheuttaja). Tätä ajatusta kutsutaan "ajan nuoleksi".
Mutta uusi artikkeli, joka julkaistiin 18. heinäkuuta lehdessä Physical Review X, avaa oven mahdollisuudelle, että tuo nuoli on klassisen tyylin laskennan esine - jotain, mikä näytti olevan tilanne vain rajoitettujen työkalujemme takia.
Ryhmä tutkijoita havaitsi, että syy-epäsymmetria katoaa tietyissä olosuhteissa kvantitietokoneissa, jotka laskevat täysin eri tavalla - Toisin kuin klassisissa tietokoneissa, joissa tieto on tallennettu kahteen tilaan (1 tai 0), kvantitietokoneisiin, tieto tallennetaan alaatomisissa hiukkasissa, jotka seuraavat joitakin omituisia sääntöjä, ja siten jokainen voi olla useammassa kuin yhdessä tilassa samanaikaisesti. Ja mikä vielä houkuttelevampaa, heidän paperinsa osoittaa tietä tulevaisuuden tutkimukseen, joka voisi osoittaa syy-epäsymmetrian, jota ei todellakaan ole universumissa.
Miltä tuntuu?
Hyvin järjestettyjä ja satunnaisia järjestelmiä on helppo ennustaa. (Ajattele tilattua heiluria tai huoneen täyttävää kaasupilviä - epäjärjestyksessä.) Tässä artikkelissa tutkijat tarkastelivat fyysisiä järjestelmiä, joilla oli kultamunien häiriötaso ja sattumanvaraisuus - ei liian vähän eikä liian paljon. (Joten jotain kehittyvän sääjärjestelmän kaltaista.) Tietokoneiden on erittäin vaikea ymmärtää niitä, sanoi tutkimuksen avustaja Jayne Thompson, monimutkaisusteoreetikko ja fyysikko, joka opiskelee kvantitietoja Singaporen kansallisessa yliopistossa.
Seuraavaksi he yrittivät selvittää näiden järjestelmien pasteet ja tulevaisuudet teoreettisilla kvantitietokoneilla (ei fyysisiä tietokoneita mukana). Hänen mukaansa nämä kvantitietokoneiden mallit käyttivät vähemmän muistia kuin klassiset tietokonemallit, ne pystyivät ajamaan kumpaankin suuntaan ajan kuluessa käyttämättä ylimääräistä muistia. Toisin sanoen kvanttimalleilla ei ollut syy-epäsymmetriaa.
"Vaikka klassisesti voi olla mahdotonta, että prosessi menee johonkin suuntaan," Thompson kertoi Live Sciencelle, "tuloksemme osoittavat, että" kvantti mekaanisesti ", prosessi voi mennä kumpaankin suuntaan hyvin vähän muistia käyttämällä."
Ja jos se on totta kvantitietokoneessa, niin totta on maailmankaikkeudessa, hän sanoi.
Kvantfysiikka on tutkia hyvin pienten hiukkasten - kaikkien maailmankaikkeuden hyvin pienten hiukkasten - omituisen todennäköisyyden käyttäytymistä. Ja jos kvanttifysiikka on totta kaikille maailmankaikkeuden muodostaville kappaleille, niin se pätee itse maailmankaikkeuteen, vaikka jotkut sen outoista vaikutuksesta eivät aina ole meille ilmeisiä. Joten jos kvantitietokone voi toimia ilman syy-epäsymmetriaa, niin voi tapahtua myös maailmankaikkeus.
Tietenkin se, että nähdä sarja todisteita siitä, kuinka kvantitietokoneet toimivat jonain päivänä, ei ole sama asia kuin nähdä vaikutus todellisessa maailmassa. Mutta olemme vielä kaukana kvanttitietokoneista, jotka ovat riittävän edistyneitä ajamaan sellaisia malleja, joita tässä artikkelissa kuvataan, he sanoivat.
Lisäksi, Thompson sanoi, tämä tutkimus ei todista, että kaikkialla maailmankaikkeudessa ei olisi syy-epäsymmetriaa. Hän ja hänen kollegansa osoittivat, että kourallisissa järjestelmissä ei ole epäsymmetriaa. Mutta se on mahdollista, hän sanoi, että on olemassa joitain hyvin paljain luita sisältäviä kvanttimalleja, joissa esiintyy jonkin verran syy-epäsymmetriaa.
"Olen agnostinen tässä suhteessa", hän sanoi.
Toistaiseksi.
Seuraava askel tutkimukselle, hän sanoi, on vastata tähän kysymykseen - selvittää onko syy-epäsymmetria missä tahansa kvanttimalleissa.
Tämä artikkeli ei todista, että aikaa ei ole tai että voimme jonain päivänä liukastua taaksepäin sen läpi. Mutta näyttää siltä, että yksi ajan, syyn ja seurauksen ymmärtämisen tärkeimmistä rakennusosista ei aina toimi tavalla, jolla tutkijat ovat kauan olettaneet - ja ehkä se ei toimi lainkaan. Mitä tämä tarkoittaa ajan muodolle ja muille meille, on edelleen avoin kysymys.
Hänen mukaansa tämän työn todellinen käytännön hyöty on se, että tiellä kvantitietokoneet voivat kyetä helposti suorittamaan simulaatioita asioista (kuten sää) ajan myötä kumpaankin suuntaan ilman vakavia vaikeuksia. Se olisi merimuutos nykyisestä klassisen mallinnuksen maailmasta.
