Zaman tek bir yönde ilerler: ileri. Küçük çocuklar yaşlı adam olurlar, tersi olmazlar; çay bardakları paramparça olur ama asla kendiliğinden toplanmaz. Evrenin "zaman oku" olarak adlandırılan bu zalim ve değişmez özelliği temelde, sistemlerin zaman içinde her zaman daha düzensiz hale gelme eğiliminde olduğunu belirten ikinci termodinamiğin yasasının bir sonucudur. Ancak son zamanlarda, ABD ve Rusya'dan araştırmacılar, en azından atom altı parçacıklar için bu oku biraz büktüler.
Bilimsel Raporlar dergisinde 12 Mart Salı günü yayınlanan yeni çalışmada, araştırmacılar zaman okunu, kübit olarak bilinen ve kubit olarak bilinen, hesaplamalar yapan çok küçük bir kuantum parçacığı kullanarak manipüle ettiler.
Kuantum mekaniğinin tuhaf kurallarının geçerli olduğu atomaltı ölçekte, fizikçiler sistemlerin durumunu dalga fonksiyonu adı verilen matematiksel bir yapı aracılığıyla tanımlar. Bu işlev, sistemin içinde olabileceği tüm olası durumların - hatta bir parçacık durumunda, içinde olabileceği tüm olası konumların - ve sistemin herhangi bir zamanda bu durumlardan herhangi birinde olma olasılığının bir ifadesidir. . Genellikle zaman geçtikçe dalga fonksiyonları yayılır; Bir parçacığın olası konumu, bir saat beklerseniz 5 dakika beklediğinizden daha uzak olabilir.
Dalga fonksiyonunun yayılmasını geri almak dökülen sütü şişeye geri koymaya çalışmak gibidir. Ancak araştırmacılar bu yeni deneyde tam olarak bunu başardılar.
Illinois'teki Argonne Ulusal Laboratuvarı fizikçisi baş araştırmacı Valerii Vinokur, "Bunun tek başına gerçekleşme şansı yok," dedi Live Science. "Bir maymuna daktilo ve çok zaman verirseniz, Shakespeare'i yazabileceği söyleniyor." Başka bir deyişle, teknik olarak mümkündür, ancak bu imkansız da olabilir.
Bilim adamları esasen imkansız olanları nasıl gerçekleştirdiler? Deneyi dikkatlice kontrol ederek.
Sydney Üniversitesi fizik profesörü Stephen Bartlett, Live Science'a verdiği demeçte, "Bir çay fincanının tüm kırık parçalarını tekrar bir araya getirmek için gerçekten çok kontrole ihtiyacınız var." Dedi. Bartlett çalışmaya dahil edilmedi. "Bunu yapabilmek için sistem üzerinde çok fazla kontrole sahip olmalısınız ... ve bir kuantum bilgisayarı, simüle edilmiş bir kuantum sistemi üzerinde büyük miktarda kontrole sahip olmamızı sağlayan bir şeydir."
Araştırmacılar, tek bir parçacığı simüle etmek için bir kuantum bilgisayarı kullandılar, dalga işlevi bir havuzdaki bir dalgalanma gibi zamanla yayıldı. Daha sonra, kuantum bilgisayarında dalga fonksiyonunun her bir bileşeninin zaman evrimini tersine çeviren, esas olarak bu dalgalanmayı onu yaratan parçacığa geri çeken bir algoritma yazdılar. Bu başarıyı, zamanın okuna meydan okuyan görünüşte, entropiyi veya evrenin başka bir yerinde bozukluğu artırmadan gerçekleştirdiler.
Bu, araştırmacıların bir zaman makinesi yaptıkları anlamına mı geliyor? Fizik yasalarını ihlal ettiler mi? Her iki sorunun da cevabı hayır. Termodinamiğin ikinci yasası, evrenin düzeninin zaman içinde azalması gerektiğini, ancak çok özel durumlarda asla aynı kalamayacağını söylememektedir. Ve bu deney yeterince küçük, yeterince kısa ve evrenin ne enerji kazandığı ne de enerji kaybettiği kadar kontrol edildi.
"Bir kez gölete dalgalar göndermek çok karmaşık ve karmaşık" diyen Vinokur, "ancak bunun kuantum dünyasında çok basit bir durumda mümkün olduğunu gördük." Başka bir deyişle, kuantum bilgisayarı tarafından verilen kontrolü zamanın etkisini geri almak için kullandıklarında mümkün oldu.
Programı çalıştırdıktan sonra, sistem yüzde 85 oranında orijinal durumuna geri döndü. Bununla birlikte, üçüncü bir kübit getirildiğinde, deney zamanın sadece yüzde 50'sini başardı. Araştırmacılar, üçüncü kubit ile sistemin karmaşıklığının büyük olasılıkla çok arttığını, kuantum bilgisayarın sistemin tüm yönleri üzerinde kontrolü sürdürmesini zorlaştırdığını söyledi. Bu kontrol olmadan, entropi kontrol altında tutulamaz ve bu nedenle zaman tersine çevrilmesi mükemmel değildir. Yine de, sonraki adımları için daha büyük sistemler ve daha büyük kuantum bilgisayarlar hedefliyorlar, Vinokur Live Science'a söyledi.
New Hampshire'daki Dartmouth Koleji'nde fizik profesörü olan James Whitfield, Live Science'a, "İş, fiziğin temellerine hoş bir katkı sağlıyor." Dedi. "Bize kuantum hesaplama uygulamalarının ilginç olması için uygulamaya yönelik olmaması gerektiğini hatırlatıyor."
Bartlett, "İşte bu yüzden kuantum bilgisayarlar üretiyoruz." Dedi. "Bu, kuantum bilgisayarların gerçek dünyada meydana gelmemesi gereken şeyleri simüle etmemize izin verebileceğinin bir gösterisidir."
