Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thuật toán để mô phỏng việc trả lại một hạt trong thời gian ngắn. Các kết quả cho thấy những con đường mới để khám phá dòng chảy thời gian lạc hậu trong các hệ lượng tử. Họ cũng mở ra những khả năng mới để kiểm tra chương trình máy tính lượng tử và sửa lỗi.
Tất cả chúng ta đều đánh dấu ngày bằng đồng hồ và lịch, nhưng có lẽ không có chiếc đồng hồ nào ngay lập tức hơn một chiếc gương. Những thay đổi mà chúng tôi nhận thấy qua nhiều năm minh họa một cách sinh động “mũi tên thời gian” của khoa học, sự tiến triển có thể từ trật tự sang rối loạn. Chúng ta không thể đảo ngược mũi tên này nhiều hơn chúng ta có thể xóa tất cả các nếp nhăn hoặc khôi phục một tách trà vỡ vụn về dạng ban đầu.
Hay chúng ta có thể?
Kết quả, được công bố ngày 13 tháng 3 trên tạp chí Khoa học báo cáo , đề xuất những con đường mới để khám phá dòng chảy thời gian lạc hậu trong các hệ lượng tử. Họ cũng mở ra những khả năng mới để kiểm tra chương trình máy tính lượng tử và sửa lỗi.
Để đạt được sự đảo ngược thời gian, nhóm nghiên cứu đã phát triển một thuật toán cho máy tính lượng tử công cộng của IBM mô phỏng sự tán xạ của hạt. Trong vật lý cổ điển, nó có thể xuất hiện dưới dạng một quả bóng bi-a được đánh bởi một gợi ý, di chuyển trên một đường thẳng. Nhưng trong thế giới lượng tử, một hạt phân tán có chất lượng nứt vỡ, lan rộng ra nhiều hướng. Để đảo ngược sự tiến hóa lượng tử của nó giống như đảo ngược các vòng được tạo ra khi một hòn đá được ném xuống ao.
Trong tự nhiên, việc khôi phục hạt này trở lại trạng thái ban đầu về bản chất, đặt tách trà vỡ lại với nhau là điều không thể.
Vấn đề chính là bạn sẽ cần một “siêu hệ thống” hoặc ngoại lực để điều khiển sóng lượng tử của hạt tại mọi điểm. Nhưng các nhà nghiên cứu lưu ý, dòng thời gian cần thiết để siêu hệ thống này xuất hiện một cách tự nhiên và điều khiển đúng cách các sóng lượng tử sẽ kéo dài lâu hơn chính vũ trụ.
Không nản lòng, nhóm nghiên cứu đặt ra để xác định mức độ phức tạp này có thể được khắc phục, ít nhất là về nguyên tắc. Thuật toán của họ mô phỏng sự tán xạ electron bằng hệ thống lượng tử hai cấp, “mạo danh” bởi một qubit máy tính lượng tử là đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử và sự tiến hóa liên quan của nó theo thời gian. Các electron chuyển từ trạng thái cục bộ, hoặc “nhìn thấy”, sang trạng thái phân tán. Sau đó, thuật toán ném quá trình ngược lại và hạt trở lại trạng thái ban đầu, nói cách khác nó quay ngược thời gian, nếu chỉ trong một phần rất nhỏ của một giây.
Cho rằng cơ học lượng tử bị chi phối bởi xác suất chứ không phải chắc chắn, tỷ lệ để đạt được kỳ tích du hành thời gian này là khá tốt: Thuật toán mang lại kết quả tương tự 85% thời gian trong máy tính lượng tử hai qubit.
“Chúng tôi đã làm những gì được coi là không thể trước đây”, nhà khoa học cao cấp của Argonne Valerii Vinokur, người đứng đầu nghiên cứu cho biết.
Kết quả này làm sâu sắc hơn sự hiểu biết của chúng ta về cách định luật thứ hai của nhiệt động lực học rằng một hệ thống sẽ luôn chuyển từ trật tự sang entropy chứ không phải theo cách khác hoạt động trong thế giới lượng tử. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh trong công trình trước đó, bằng cách dịch chuyển thông tin, có thể vi phạm luật địa phương thứ hai trong một hệ thống lượng tử được tách thành các phần từ xa có thể cân bằng lẫn nhau.
Gordey Lesovik, đồng tác giả bài báo của Viện Vật lý và Công nghệ Moscow, cho biết: “Các kết quả cũng cho thấy một ý tưởng rằng sự không thể đảo ngược là kết quả của phép đo, nêu bật vai trò của khái niệm” đo lường “trong nền tảng của vật lý lượng tử”. .
Đây là khái niệm tương tự nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger bị bắt với thí nghiệm tư tưởng nổi tiếng của mình, trong đó một con mèo bịt kín trong hộp có thể vẫn còn sống và còn sống cho đến khi tình trạng của nó được theo dõi bằng cách nào đó. Các nhà nghiên cứu đã đình chỉ hạt của chúng trong sự chồng chất này, hoặc dạng limbo lượng tử, bằng cách giới hạn các phép đo của chúng.
“Đây là phần thiết yếu của thuật toán của chúng tôi”, Vinokur nói. “Chúng tôi đã đo trạng thái của hệ thống ngay từ đầu và cuối cùng, nhưng không can thiệp vào giữa.”
Phát hiện cuối cùng có thể cho phép các phương pháp sửa lỗi tốt hơn trên các máy tính lượng tử, trong đó các trục trặc tích lũy tạo ra nhiệt và quên đi những cái mới. Một máy tính lượng tử có thể nhảy lùi và dọn dẹp các lỗi một cách hiệu quả vì nó hoạt động có thể hoạt động hiệu quả hơn nhiều.
“Tại thời điểm này, thật khó để tưởng tượng tất cả những hàm ý này có thể có”, Vinokur nói. “Tôi lạc quan, và tôi tin rằng nó sẽ có nhiều.”
Nghiên cứu cũng đặt ra câu hỏi: bây giờ các nhà nghiên cứu có thể tìm ra cách để làm cho những người già trở nên trẻ hơn không? “Có thể,” Vinokur đùa, “với kinh phí phù hợp.”
Công trình được thực hiện bởi đội ngũ quốc tế bao gồm các nhà nghiên cứu từ Viện Vật lý và Công nghệ Moscow (Gordey Lesovik, Andrey Lebedev, Mikhail Suslov), ETH Zurich (Andrey Lebedev) và Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Hoa Kỳ (Valerii Vinokur, Ivan Sadovskyy).
Tài trợ cho nghiên cứu này được cung cấp bởi Văn phòng Dự án Đối tác Chiến lược và Khoa học của DOE (Quỹ Quốc gia Thụy Sĩ và Quỹ vì sự tiến bộ của Vật lý lý thuyết “CƠ SỞ”).
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm quốc gia DOE / Argonne . Bản gốc được viết bởi Christina Nunez. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :