Nowa technika obliczeń kwantowych może otworzyć nasz cały model ruchu czasu we wszechświecie.
Oto, co długo wydawało się prawdą: czas działa w jednym kierunku. Drugi kierunek? Nie tak bardzo.
To prawda w życiu. (Wtorek przechodzi w środę, 2018 w 2019, młodzież w starość.) I to prawda w klasycznym komputerze. Co to znaczy? O wiele łatwiej jest programowi działającemu na laptopie przewidzieć, w jaki sposób złożony system poruszy się i rozwinie w przyszłości, niż odtworzyć swoją przeszłość. Własność wszechświata, którą teoretycy nazywają „przyczynową asymetrią”, wymaga, aby potrzeba znacznie więcej informacji - i znacznie bardziej złożonych obliczeń - aby poruszać się w jednym kierunku w czasie niż w drugim. (Praktycznie rzecz biorąc, postęp w czasie jest łatwiejszy.)
Ma to realne konsekwencje. Meteorolodzy potrafią dość dobrze przewidzieć, czy w ciągu pięciu dni będzie padać w oparciu o dzisiejsze dane radarowe. Ale poproś tych samych meteorologów, aby dowiedzieć się, czy padało pięć dni temu przy użyciu dzisiejszych zdjęć radarowych? To znacznie trudniejsze zadanie, wymagające dużo większej ilości danych i znacznie większych komputerów.
Teoretycy informacji od dawna podejrzewali, że przyczynowa asymetria może być podstawową cechą wszechświata. Już w 1927 roku fizyk Arthur Eddington argumentował, że ta asymetria jest powodem, dla którego poruszamy się tylko w czasie, a nie wstecz. Jeśli rozumiesz wszechświat jako gigantyczny komputer, który nieustannie oblicza swoją drogę w czasie, zawsze łatwiej - mniej wymagającym zasobów - może płynąć do przodu (wywołać, potem wywołać efekt) niż do tyłu (wywołać, następnie wywołać). Ten pomysł nazywa się „strzałą czasu”.
Ale nowy artykuł, opublikowany 18 lipca w czasopiśmie Physical Review X, otwiera drzwi do możliwości, że ta strzała jest artefaktem obliczeń w stylu klasycznym - coś, co wydawało nam się, że dzieje się tak tylko z powodu naszych ograniczonych narzędzi.
Zespół naukowców odkrył, że w pewnych okolicznościach asymetria przyczynowa zanika w komputerach kwantowych, które obliczają się w zupełnie inny sposób - W przeciwieństwie do klasycznych komputerów, w których informacje są przechowywane w jednym z dwóch stanów (1 lub 0), w komputerach kwantowych informacje są przechowywane w cząstkach subatomowych, które podlegają dziwacznym regułom i dlatego każda z nich może znajdować się w więcej niż jednym stanie jednocześnie. A co jeszcze bardziej kuszące, ich praca wskazuje drogę do przyszłych badań, które mogłyby wykazać, że przyczynowa asymetria wcale nie istnieje we wszechświecie.
Jak to?
Bardzo uporządkowane i losowe systemy są łatwe do przewidzenia. (Pomyśl o wahadle - uporządkowanym - lub chmurze gazu wypełniającej pomieszczenie - nieuporządkowanym). W tym artykule badacze przyjrzeli się układom fizycznym, które charakteryzowały się poziomem nieładu i przypadkowości złotonośnych - nie za mało i nie za dużo. (A więc coś w rodzaju rozwijającego się systemu pogodowego.) Są to bardzo trudne do zrozumienia dla komputerów, powiedział współautor badania Jayne Thompson, teoretyk złożoności i fizyk badający informacje kwantowe na National University of Singapore.
Następnie próbowali dowiedzieć się o przeszłości i przyszłości tych systemów, korzystając z teoretycznych komputerów kwantowych (bez udziału komputerów fizycznych). Powiedziała, że te modele komputerów kwantowych nie tylko zużywają mniej pamięci niż klasyczne modele komputerowe, ale mogły z czasem działać w dowolnym kierunku bez zużywania dodatkowej pamięci. Innymi słowy, model kwantowy nie wykazywał asymetrii przyczynowej.
„Chociaż klasycznie proces może przebiegać w jednym z kierunków”, powiedział Thompson w rozmowie z Live Science, „nasze wyniki pokazują, że„ mechanicznie kwantowo ”, proces może przebiegać w obie strony przy bardzo małej ilości pamięci”.
A jeśli to prawda w komputerze kwantowym, to prawda we wszechświecie, powiedziała.
Fizyka kwantowa to badanie dziwnych probabilistycznych zachowań bardzo małych cząstek - wszystkich bardzo małych cząstek we wszechświecie. A jeśli fizyka kwantowa jest prawdziwa dla wszystkich elementów, które składają się na wszechświat, dotyczy to samego wszechświata, nawet jeśli niektóre z jego dziwniejszych efektów nie zawsze są dla nas oczywiste. Jeśli więc komputer kwantowy może działać bez przyczynowej asymetrii, wszechświat również może.
Oczywiście zobaczenie szeregu dowodów na to, jak pewnego dnia komputery kwantowe będą działać, to nie to samo, co zobaczenie efektu w prawdziwym świecie. Powiedzieli jednak, że wciąż jesteśmy daleko od komputerów kwantowych wystarczająco zaawansowanych, aby uruchomić modele opisane w tym dokumencie.
Co więcej, powiedział Thompson, badania te nie dowodzą, że we wszechświecie nie ma żadnej przyczynowej asymetrii. Ona i jej koledzy pokazali, że nie ma asymetrii w kilku systemach. Ale możliwe jest, powiedziała, że istnieją pewne modele kwantowe o bardzo małej kości, w których pojawia się pewna asymetria przyczynowa.
„Jestem agnostykiem w tym punkcie” - powiedziała.
Na razie.
Kolejnym krokiem do tych badań, jak powiedziała, jest udzielenie odpowiedzi na to pytanie, aby dowiedzieć się, czy w jakichkolwiek modelach kwantowych istnieje asymetria przyczynowa.
Ten artykuł nie dowodzi, że czas nie istnieje, ani że pewnego dnia będziemy w stanie prześlizgnąć się przez niego wstecz. Ale wydaje się, że pokazuje, że jeden z kluczowych elementów naszego zrozumienia czasu, przyczyny i skutku, nie zawsze działa tak, jak naukowcy od dawna zakładali - i może wcale nie działać w ten sposób. To, co to oznacza dla kształtu czasu i reszty z nas, jest nadal kwestią otwartą.
Powiedziała, że prawdziwą praktyczną korzyścią z tej pracy jest to, że komputery kwantowe mogą być w stanie bez trudu przeprowadzać symulacje rzeczy (takich jak pogoda) w dowolnym kierunku w czasie. To byłaby morska zmiana w stosunku do obecnego świata modelowania klasycznego.
