เวลาผ่านไปในทิศทางเดียว: ไปข้างหน้า เด็กชายตัวเล็กกลายเป็นชายชรา แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน ถ้วยชาป่นปี้ แต่ไม่รวมกันใหม่ตามธรรมชาติ สมบัติที่โหดร้ายและไม่เปลี่ยนรูปแบบของจักรวาลนี้เรียกว่า "ลูกศรแห่งกาลเวลา" ซึ่งเป็นผลมาจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ซึ่งบอกว่าระบบจะมีแนวโน้มที่จะสับสนมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาและรัสเซียได้ก้มที่ลูกศรเพียงเล็กน้อย - อย่างน้อยก็สำหรับอนุภาคของอะตอม
ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์เมื่อวันอังคาร (12 มีนาคม) ในสมุดรายงานทางวิทยาศาสตร์นักวิจัยจัดการลูกศรของเวลาโดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดเล็กมากที่ทำจากอนุภาคควอนตัมสองตัวที่รู้จักกันในชื่อ qubits ซึ่งทำการคำนวณ
ในระดับ Subatomic ที่กฎแปลก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัมมีผลกระทบต่อนักฟิสิกส์อธิบายสถานะของระบบผ่านการสร้างทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าฟังก์ชั่นคลื่น ฟังก์ชั่นนี้คือการแสดงออกของสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่ระบบอาจอยู่ในแม้ในกรณีของอนุภาคตำแหน่งที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่มันอาจอยู่ใน - และความน่าจะเป็นของระบบที่อยู่ในสถานะเหล่านั้นในเวลาใดก็ตาม . โดยทั่วไปเมื่อเวลาผ่านไปฟังก์ชันคลื่นจะกระจายออกไป ตำแหน่งที่เป็นไปได้ของอนุภาคสามารถอยู่ห่างออกไปได้ถ้าคุณรอหนึ่งชั่วโมงกว่าถ้าคุณรอ 5 นาที
การเลิกทำฟังก์ชั่นคลื่นเป็นเหมือนการพยายามเอานมที่หกแล้วใส่กลับเข้าไปในขวด แต่นั่นคือสิ่งที่นักวิจัยทำในการทดลองใหม่นี้
“ โดยทั่วไปไม่มีโอกาสเกิดขึ้นได้ด้วยตัวเอง” นักวิจัยนำ Valerii Vinokur นักฟิสิกส์จาก Argonne National Laboratory ในรัฐอิลลินอยส์กล่าวกับ Live Science "มันก็เหมือนกับการพูดที่ถ้าคุณให้ลิงกับเครื่องพิมพ์ดีดและมีเวลามากเขาอาจจะเขียนเช็คสเปียร์" กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเป็นไปได้ทางเทคนิค แต่ก็ไม่น่าเป็นไปได้ที่มันจะเป็นไปไม่ได้
นักวิทยาศาสตร์ทำให้สิ่งที่เป็นไปไม่ได้เกิดขึ้นได้อย่างไร โดยควบคุมการทดลองอย่างระมัดระวัง
“ คุณต้องการการควบคุมอย่างมากเพื่อให้ถ้วยชาที่แตกหักทั้งหมดกลับมารวมกันอีกครั้ง” สตีเฟ่นบาร์ตเลตต์ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยซิดนีย์กล่าวกับ Live Science บาร์ตเลตต์ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษา "คุณต้องมีการควบคุมระบบจำนวนมากเพื่อที่จะทำเช่นนั้น ... และคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นสิ่งที่ช่วยให้เราสามารถควบคุมระบบควอนตัมจำลองจำนวนมากได้"
นักวิจัยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อจำลองอนุภาคเดี่ยวฟังก์ชั่นคลื่นของมันแผ่ออกไปตามกาลเวลาเหมือนระลอกคลื่นในบ่อ จากนั้นพวกเขาเขียนอัลกอริธึมในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ย้อนกลับการวิวัฒนาการเวลาขององค์ประกอบทุกส่วนของฟังก์ชั่นคลื่นโดยการดึงคลื่นกลับเข้าไปในอนุภาคที่สร้างขึ้น พวกเขาบรรลุผลสำเร็จโดยไม่ต้องเพิ่มเอนโทรปีหรือความผิดปกติอื่น ๆ ในจักรวาลดูเหมือนจะท้าทายลูกธนูแห่งกาลเวลา
นี่หมายความว่านักวิจัยทำเครื่องจับเวลาหรือไม่? พวกเขาละเมิดกฎหมายฟิสิกส์หรือไม่? คำตอบคือไม่ใช่คำถามทั้งสองข้อ กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์บอกว่าลำดับของเอกภพจะต้องลดลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ไม่ใช่ว่ามันจะไม่มีวันเหมือนเดิมในกรณีพิเศษ และการทดลองนี้มีขนาดเล็กพอสั้นและควบคุมได้ดีพอที่จักรวาลจะไม่ได้รับหรือสูญเสียพลังงาน
"มันซับซ้อนและซับซ้อนมากในการส่งคลื่นกลับไปที่บ่อน้ำ" เมื่อพวกเขาถูกสร้างขึ้น Vinokur กล่าว "แต่เราเห็นว่าสิ่งนี้เป็นไปได้ในโลกควอนตัมในกรณีที่ง่ายมาก" กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเป็นไปได้เมื่อพวกเขาใช้การควบคุมที่กำหนดโดยคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อยกเลิกผลของเวลา
หลังจากรันโปรแกรมระบบจะกลับสู่สถานะเดิม 85 เปอร์เซ็นต์ของเวลา อย่างไรก็ตามเมื่อมีการแนะนำ qubit ที่สามการทดสอบก็ประสบความสำเร็จเพียง 50 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น นักวิจัยกล่าวว่าความซับซ้อนของระบบน่าจะเพิ่มขึ้นมากเกินไปเมื่อใช้ควิบิตที่สามทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมควบคุมการควบคุมทุกด้านของระบบได้ยากขึ้น หากไม่มีการควบคุมนั้นเอนโทรปีจะไม่สามารถถูกตรวจสอบได้และดังนั้นการกลับเวลาจึงไม่สมบูรณ์ แต่ถึงกระนั้นพวกเขาก็ยังต้องการระบบที่ใหญ่ขึ้นและคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใหญ่ขึ้นสำหรับขั้นตอนต่อไปของพวกเขา Vinokur กล่าวกับ Live Science
“ งานนี้เป็นผลดีต่อรากฐานของฟิสิกส์” James Whitfield ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่วิทยาลัยดาร์ตมั ธ ในมลรัฐนิวแฮมป์เชียร์ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าวกับ Live Science "มันเตือนเราว่าแอปพลิเคชั่นการคำนวณควอนตัมไม่ทั้งหมดต้องเป็นแอพพลิเคชั่นที่น่าสนใจ"
"นี่คือเหตุผลที่เรากำลังสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม" บาร์ตเลตต์กล่าว "นี่เป็นการสาธิตว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถให้เราจำลองสิ่งที่ไม่ควรเกิดขึ้นในโลกแห่งความจริง"
