시간은 한 방향으로 진행됩니다. 앞으로. 어린 소년은 노인이되지만 그 반대는 아닙니다. 찻잔은 산산이 부서 지지만 자발적으로 재 조립되지는 않습니다. "시간의 화살표"라고 불리는이 잔인하고 불변의 우주 속성은 근본적으로 열역학 제 2 법칙의 결과로, 시스템은 항상 시간이 지남에 따라 더 무질서 해지는 경향이 있습니다. 그러나 최근 미국과 러시아의 연구자들은 적어도 아 원자 입자에 대해 그 화살표를 약간 구부렸다.
화요일 Scientific Reports (3 월 12 일)에 발표 된 새로운 연구에서 연구원들은 계산을 수행 한 qubits라고 알려진 두 개의 양자 입자로 만들어진 매우 작은 양자 컴퓨터를 사용하여 시간의 화살표를 조작했습니다.
양자 역학의 이상한 규칙이 흔들리는 아 원자 규모에서 물리학 자들은 파동 함수라고 불리는 수학적 구성을 통해 시스템의 상태를 설명합니다. 이 함수는 시스템이 가질 수있는 모든 가능한 상태의 표현입니다. 심지어 파티클의 경우 가능한 모든 위치가있을 수 있습니다. 그리고 주어진 시간에 시스템이 해당 상태에있을 확률입니다. . 일반적으로 시간이 지남에 따라 파동 함수가 확산됩니다. 5 분을 기다리는 것보다 1 시간을 기다리면 입자의 가능한 위치가 더 멀어 질 수 있습니다.
웨이브 기능의 확산을 취소하는 것은 엎질러 진 우유를 병에 다시 넣는 것과 같습니다. 그러나 이것이 바로이 새로운 실험에서 연구원들이 달성 한 것입니다.
일리노이 주 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory)의 물리학자인 발레리 비노 쿠르 (Valrii Vinokur) 수석 연구원은 라이브 사이언스에 "기본적으로 이런 일이 일어날 가능성은 없다"고 말했다. "원숭이에게 타자기와 많은 시간을 주면 셰익스피어를 쓸 수있는 그런 말과 같습니다." 다시 말해서 기술적으로 가능하지만 불가능할 수도 있습니다.
과학자들은 본질적으로 불가능한 일을 어떻게 했습니까? 실험을 신중하게 통제함으로써.
시드니 대학 물리학과 교수 인 스티븐 바틀렛은“찻잔의 깨진 조각들을 모두 다시 모으려면 많은 통제가 필요하다”고 말했다. Bartlett은이 연구에 참여하지 않았습니다. "시스템을 제어하려면 시스템을 많이 제어해야합니다. 그리고 양자 컴퓨터는 시뮬레이션 된 양자 시스템을 제어 할 수있게 해줍니다."
연구원들은 양자 컴퓨터를 사용하여 단일 입자를 시뮬레이션했는데, 그 파동 함수는 연못의 잔물결처럼 시간이 지남에 따라 퍼졌습니다. 그런 다음 그들은 양자 컴퓨터에 파동 함수의 모든 단일 구성 요소의 시간 진화를 역전시키는 알고리즘을 작성했습니다. 그들은 엔트로피 나 우주의 다른 곳에서 장애를 일으키지 않고 시간의 화살표를 무시하고있는 것처럼이 업적을 달성했습니다.
이것이 연구원들이 타임머신을 만들었다는 의미입니까? 그들은 물리 법칙을 어겼습니까? 그 두 가지 질문에 대한 답은 아닙니다. 열역학 제 2 법칙에 따르면 우주의 질서는 시간이 지남에 따라 감소해야하지만 매우 특별한 경우에는 절대 동일하게 유지 될 수는 없다. 그리고이 실험은 우주가 에너지를 얻거나 잃지 않을 정도로 충분히 작고 짧으며 통제되었습니다.
Vinokur는 "만약 연못에 파도를 보내는 것은 매우 복잡하고 복잡하다"고 말했다. "그러나 우리는 이것이 매우 단순한 경우에 양자 세계에서 가능하다는 것을 알았다." 즉, 양자 컴퓨터에 의해 그들에게 주어진 제어를 사용하여 시간의 효과를 취소 할 수 있었다.
프로그램을 실행 한 후 시스템은 85 %의 원래 상태로 돌아갔습니다. 그러나 세 번째 큐빗이 도입되었을 때 실험은 50 % 만 성공했습니다. 연구원들은 세 번째 큐 비트로 인해 시스템의 복잡성이 너무 커져서 양자 컴퓨터가 시스템의 모든 측면에 대한 제어를 유지하기가 더 어려워 질 것이라고 말했다. 이 제어가 없으면 엔트로피를 확인할 수 없으므로 시간 반전이 불완전합니다. Vinokur는 여전히 다음 단계를 위해 더 큰 시스템과 더 큰 양자 컴퓨터를 목표로하고 있다고 Vinokur는 말했다.
이번 연구에 참여하지 않은 뉴햄프셔의 다트머스 대학 (Dartmouth College) 물리학 교수 제임스 위트 필드 (James Whitfield)는“이 연구는 물리학의 기초에 큰 기여를했다”고 말했다. "양자 컴퓨팅의 모든 응용 프로그램이 응용 프로그램 중심의 응용 프로그램이어야하는 것은 아닙니다."
Bartlett은“이것이 우리가 양자 컴퓨터를 만드는 이유입니다. "이것은 양자 컴퓨터가 우리가 현실 세계에서는 일어나지 않아야하는 것들을 시뮬레이션 할 수있게 해 준다는 것을 보여줍니다."
