استعراض

في الآونة الأخيرة، ومعاهد البحوث معهد موسكو للفيزياء والباحثين تقنية أخرى تجعل الكم يعود الكمبيوتر إلى الحالة قبل جزء من الثانية.

خلفية

هل يمكن إرجاع ذلك؟ ربما، وهذا هو التمنيات الطيبة من أذهان كثير من الناس، ويقول مرة أخرى إلى أيام الأصغر سنا. ولكن، نريد حقا لتحقيق هذه الرغبة، وغالبا في أحلامنا أو الخيال العلمي، في واقع الحياة مستحيلة من حيث الأساس.

(المصدر: مركز تكنولوجيا الكم آكي هوندا / جامعة سنغافورة الوطنية)

القانون الثاني للديناميكا الحرارية يقول لنا: "في نظام معزول، لا يوجد نظام تبادل الطاقة والبيئة، والنظام دائما عفويا تغيير اتجاه زيادة درجة الاضطراب، والكون الكلي للنظام (الكون) زيادة قيمة، والذي هو الكون من حيث المبدأ ".

الكون هو مقياس درجة من الارتباك مؤشرا على الأشياء في عالمنا. زيادة الانتروبيا يعني زيادة الاضطراب. نظرية الكون يخبرنا أنه إذا كنت لا تمارس أي تأثير خارجي، فإن الأمور ستكون دائما في حالة أكثر فوضوية للتنمية. على سبيل المثال، البنود المدرجة في مكاتبنا، إذا لا أحد يأتي إلى الانتهاء، وسوف تصبح الفوضى على نحو متزايد، ليس أكثر أنيق. خذ عالمنا، والانفجار الكبير تطورت إلى ما هو عليه اليوم من التفرد من خلال الكون في تزايد أيضا، أصبحت أكثر وأكثر المختلين.

تطور الكون منذ عملية الانفجار الكبير (المصدر: ويكيبيديا)

زيادة في الكون، ونحن نشعر حدسي الفرق بين "الماضي" و "المستقبل". على سبيل المثال، باعتبارها واحدة الأعمار، فإن التجاعيد تكون أكثر وأكثر. ولذلك، فإننا ندرك في الوقت يمر نحو الاتجاه، وهو ما يسمى "السهم من الوقت."

وصف الفيزيائي الشهير ستيفن هوكينغ السهم من الوقت في "تاريخ موجز للزمن": "إن درجة اضطراب أو زيادة الكون على مر الزمن، هو مثال على ما يسمى السهم من الوقت السهم من زمان والمستقبل، كل على حدة، مع الوقت. . هناك على الأقل ثلاثة اتجاهات مختلفة السهم من الزمن: الأول هو السهم الحرارية من الوقت، وهذا هو، ودرجة الاضطراب أو زيادة الكون في الاتجاه الوقت، ثم السهم النفسي من الوقت، وهذا هو الاتجاه نشعر بمرور الوقت، في في هذا الاتجاه يمكن أن نتذكر الماضي وليس المستقبل؛ وأخيرا، الكوني السهم من الوقت، والكون يتوسع في هذا الاتجاه، بدلا من تقليص ".

ومع ذلك، يرى عالم الفيزياء الشهير ماكسويل خافت، وهذا الكون قد تكون هناك آلية مثل "الجنية" موجودة عموما في مقاومة الزيادة في الكون. لذلك، اقترح تجربة شهيرة الفكر "شيطان ماكسويل (شيطان ماكسويل)".

ويعتقد أن هذا عموما التجربة: "يتم تقسيم الحاويات العازلة للحرارة إلى خليتين على قدم المساواة، عن طريق الوسط و" "السيطرة على الصغيرة" شيطان الباب "، وجزيئات الهواء في الحاوية لتؤثر على الباب عندما الحركة الحرارية العشوائية "أبواب" لا يجوز أن يوضع بشكل انتقائي في جزيء الخلية أسرع، في حين أن أبطأ جزيء إلى خلية أخرى. وهكذا، حيث خلية ستكون أعلى من درجة حرارة شبكة أخرى، يمكن استخدام هذه الفرق في درجة الحرارة، يقود العمل حرارة المحرك. هذا هو مثال على النوع الثاني آلة الحركة الدائبة ".

يعتقد شيطان ماكسويل تجربة الرسم التخطيطي (المصدر: ويكيبيديا)

فبراير 2017، ورقة روسيا معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا (MIPT) مختبر نظرية الكم من المعلومات بقيادة فريق دولي من العلماء على "التقارير العلمية (تقارير العلمي)" مجلة نشرت [2] وقال: الكون من نظام الكم يمكن أن تختلف يتم تخفيض مرور الوقت. هذا العكس العثور على مبدأ زيادة الانتروبيا في القانون الثاني للديناميكا الحرارية. وبعبارة أخرى، فإنها وجدت أن الكم من شيطان ماكسويل، يمكن أن تقلل من الكون للنظام.

(المصدر: MIPT)

هذا يخالف القانون الثاني للديناميكا الحرارية. والسبب في هذه الظاهرة هم: الكون في الكلاسيكية الفيزياء والفيزياء الكمومية التغيير هو مختلف. في النظام الكلاسيكي، والحد من الكون المطلوبة بالضرورة نقل الحرارة، ونظام الكم، لأن التورط، قد يقلل من الكون دون أي نقل الطاقة.

واخذ الباحثون جعل سندريلا خير مثال. سندريلا زوجة أبيها الفاصوليا وعاء، والبازلاء والعدس حيث يخلط معا، لفصل هذه الحبوب لها. من وجهة نظر الفيزياء، فمن للحد من الكون للنظام. A سندريلا الكلاسيكية، في نظام معزول، لا يمكنك فصل هذه الحبوب، والكم من سندريلا، ولكن يمكن القيام به. وبالمثل، يمكن للباحثين "تنظيم" دولة النظام عن طريق آثار الكم.

ديسمبر 2018، معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا، المعهد الاتحادي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ، علماء مختبر أرغون الوطني الذين يصفون الكم امتدادا للشيطان ماكسويل. في "شيطان" نظام من مسافة 1-5 أمتار، والجهاز انتهاك محليا القانون الثاني للديناميكا الحرارية. الجهاز يمكن تطبيقها على أجهزة الكمبيوتر الكم وثلاجة صغيرة، تبريد أي دقة عالية الكائن. [3] هذه النتائج التي نشرت في دورية "الاستعراض الجسدي B (الاستعراض الجسدي B)".

(المصدر: MIPT)

ابتكار

في الآونة الأخيرة، ومعاهد البحوث معهد موسكو للفيزياء والباحثين تقنية أخرى تجعل الدولة الكم من الخلف الكمبيوتر إلى الحالة قبل جزء من الثانية. كما يحسب إلكترون واحد في الفضاء بين النجوم فارغة، وإمكانية العودة التلقائية للدولة قبل فترة وجيزة.

النتائج التي توصلوا إليها [4] نشر في "تقرير العلوم (تقارير العلمي)" المجلات. في الواقع، هذه هي الورقة الاخيرة من وجهة نظر أخرى للتعامل مع نفس المشكلة. أنتج الباحثون بشكل مصطنع الديناميكا الحرارية نحو الاتجاه المعاكس إلى السهم من تطور الزمن للدولة.

التفسير الفني للعكس الزمن (المصدر: tsarcyanide / المكتب الإعلامي MIPT)

تكنولوجيا

ما الذي يجعل المستقبل والماضي يصبح مختلفا؟ معظم قوانين الفيزياء لا تميز بين الماضي والمستقبل. على سبيل المثال، ونحن نستخدم معادلة لوصف اصطدام اثنين البلياردو متطابقة وانتعاش. إذا سجلنا مع الكاميرا عن قرب في هذا الحدث ثم الفلاش باك للعب، ثم وهذا الحدث لا تزال تستخدم نفس المعادلة وصفها. وعلاوة على ذلك، يتم تسجيل في الواقع شخص لا يميز هذا الفيديو، أو إنتاج الصناعي من تشغيل الفيديو. نسختين من تسلسل الفيديو وذكريات الماضي تبدو مثل الشيء الحقيقي. هذا يبدو وكأنه لعبة البلياردو على عكس الشعور بديهية من الزمن.

عندما انطلاق المباراة، نحن ضرب الكرات الأخرى رتبت في شكل الهرم مع الكرة جديلة، فتتبدد الكرات في جميع الاتجاهات. إذا كان لنا أن تسجيل المشهد، فإن الشخص ببساطة تحتاج إلى فهم قواعد اللعبة، يمكن أن أقول لكم بسهولة وهو مشهد حقيقي من الفيديو، الذي يلعب ذكريات الماضي الفيديو. هذه الكرات المنتشرة في العودة إلى الحالة قبل انطلاق المباراة، على عكس الحدس لدينا، فإنه أمر مثير للسخرية جدا. في الواقع، والسبب هو أن نعرف بشكل حدسي للقانون الثاني للديناميكا الحرارية: نظام معزول إما أن تظل ثابتة أو أن تتطور باتجاه أكثر فوضوية.

لعبة البلياردو الكرة في التصوير الفوتوغرافي التعرض الطويل (المصدر: ويكيبيديا)

معظم القوانين الفيزيائية الأخرى، والتي لن تحول دون إعادة تجميعها إلى كرات منفصلة الهرم، فإنه لا يمنع التدفق مرة أخرى في أكياس الشاي يخمر، انفجار بركاني أو نحو الاتجاه المعاكس. لكننا مرة أخرى لا نرى حدثت هذه الأشياء. وذلك لأنه يتطلب وجود نظام معزول، دون تدخل خارجي، نفترض أن الدولة أكثر تنظيما، خلافا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية. القانون الثاني للديناميكا الحرارية الحقيقة لم مفصلة تماما التفسير، ولكن الباحثين الجوانب الأساسية للقانون وراء ذلك حققت تقدما كبيرا في فهم.

MIPT علماء الفيزياء الكمومية قرر اختبار ما إذا كان الوقت يمكن عكسها، على أقل تقدير، في ظل ظروف يمكن أن تكون "جسيم واحد" و "جزء من الثانية" في. هذه المرة، فهي لم تعد من قبل المجمع، ولكن اختبار في الفضاء بين النجوم فارغة عزل الإلكترونات.

وقال الباحثون اندريه ليبيديف: "عندما بدأنا نلاحظ فرضية الإلكترون عندما الإلكترون قد تم وضعه وهذا يعني أننا عازمون على موقف الإلكترونية في الفضاء لقوانين ميكانيكا الكم لا يمكننا أن نعرف تماما بالضبط الإلكترونات. موقف، ولكن يمكننا ربما يصف منطقة صغيرة من الأجهزة الإلكترونية من المرجح أن يكون موجودا ".

عالم الفيزياء يشرح تطور دولة الإلكترونية يتم تحديدها من قبل معادلة شرودنجر. على الرغم من أن هذه المعادلة لا يميز بين الماضي والمستقبل، ولكنها تحتوي على مساحات الإلكترونية ولكن يمكن أن تنتشر بسرعة كبيرة مفتوحة. وبعبارة أخرى، فإن النظام أصبح أكثر فوضوية. هذا الغموض موقف الإلكتروني آخذ في الازدياد. هذا هو أنظمة العيانية مشابهة الى حد ما (على سبيل المثال، وحوض سباحة) لأن القانون الثاني للديناميكا الحرارية اضطراب الناشئة.

قال واضعو آخر فاليري Vinokur :. "ومع ذلك، الثابتة شيويه المعادلة هو عكسها من جهة نظر رياضية، يعني ذلك أن من خلال التحولات محددة، مثل عملية معقدة المترافقة موضح في المعادلة، و 'غامض' الالكترونية الإرادة في نفس الوقت للعودة إلى تلك المنطقة الصغيرة. "على الرغم من أن هذه الظاهرة لم يتم ملاحظتها في الطبيعة، ولكن نظرا لامتلأ الميكروويف الخلفية للكون الإشعاع، ويمكن لهذه الظاهرة أن يحدث نظريا.

صور من إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (المصدر: ويكيبيديا)

بعد جزء من الثانية بعد التغيير الالكتروني "غامضة"، فمن الممكن أن يعود إلى المنطقة حيث العفوية قبل فترة وجيزة. بدأ فريق لحساب احتمال مراقبة هذه الظاهرة. والنتيجة هي أنه حتى إذا كان شخص ما يأخذ حياة الكون كله (13.7 مليار سنة) من الوقت لمراقبة كل انقلاب الثاني 10000000000 المواقع جديدا للدولة الجسيمات الإلكترونية سوف تحدث مرة واحدة فقط. وحتى مع ذلك، ليعود ثانية أعشار البريد فقط عشرة مليارات أقل مما كانت عليه في الماضي.

الظواهر العيانية مثل البلياردو والبراكين وغيرها، على ما يبدو التي تحدث على مستوى وقت أكبر، ويحتوي على عدد كبير من الإلكترونات وغيرها من الجسيمات. وهذا ما يفسر لماذا لا نستطيع أن نلاحظ تجديد شخص، أو حبر تختفي من ورقة.

باحثون يحاولون عكس الزمن من خلال اختبار "أربع مراحل". لاحظوا عدم الإلكترونية، ولكن الدولة من جهاز كمبيوتر الكم. يتكون هذا الكمبيوتر الكم أول اثنين من المكدسة فائقة التوصيل، فائقة التوصيل الكم في وقت لاحق من قبل بت ثلاثة.

كما هو موضح في الشكل التالي: أربع مراحل من التجارب الفعلية على جهاز الكمبيوتر الكم تعكس مراحل مختلفة من التجارب الفكر، وتغطي مساحة الالكترونيات التناظرية الخيال والبلياردو. يتم ترتيب هذه الأنظمة الثلاثة لتطور المختلين من البداية، والتدخل الخارجي توقيت انعكاس كامل لهذه العملية.

(المصدر: tsarcyanide / المكتب الإعلامي MIPT)

المرحلة الأولى: منظم. يتم تهيئة كل مجموعة و qubit الدولة ممثلة 0. هذا أمر غاية يتوافق التكوين إلى منطقة صغيرة للإلكترون، أو الدولة قبل تجمع انطلاق المباراة.

المرحلة الثانية: تدهور. ترتيب يصبح الفوضى. على سبيل المثال، وطمس الإلكترونية، وإذا مساحة أكبر في المنطقة أو الجدول انتشار الكرة بعد التعرض للتأثير، ولاية و qubit تصبح أنماط أكثر تعقيدا من التباين من 0 و 1. ويتم إنجاز هذا ببساطة عن طريق البدء في برنامج على تطور جهاز كمبيوتر الكم. في الواقع، ويرجع ذلك إلى التفاعل مع البيئة، وسوف يحدث تدهور مماثل من تلقاء نفسها. ومع ذلك، فإن تطور مستقل لبرنامج تسيطر جعل المرحلة الأخيرة من التجربة ممكن.

المرحلة الثالثة: عكس الزمن. تغيير برنامج معين ولاية كمبيوتر الكم، بحيث من الفوضى إلى النظام "عكس" تطور. في حالة الإلكترونات، هذه العملية مشابهة لإشعاع الخلفية الميكروويف عشوائي، ولكن هذه المرة يتم عرضه بشكل متعمد. للبلياردو، واحد تفسير واضح هو بعيد المنال، شخص الى طاولة المفاوضات، "ركلة مثالية."

المرحلة الرابعة: ولادة جديدة. المرحلة الثانية من تطور البرنامج يبدأ مرة أخرى. على سبيل المثال، قبل "ركلة الكمال" ناجحا، البرنامج لن يؤدي إلى المزيد من الارتباك، ولكن دعونا وو qubit الدولة يعود إلى الماضي، كما هي أعادت الإلكترونات غامض، والبلياردو سوف جنبا إلى جنب العودة إلى الحالة قبل انطلاق المباراة من المسار، وتشكيل الهرم.

قيمة

ووجد الباحثون أن 85 من الحالات، وهما و qubit الكمبيوتر الكم يمكن أن تعود في الواقع إلى حالته الأصلية. عندما يتعلق الأمر ثلاثة المكدسة، تحدث المزيد من الأخطاء، ونسبة نجاح فقط حوالي 50. يقول المؤلفان، هي سبب هذه الأخطاء عن عيوب في الكمبيوتر الكم الفعلي. عندما تصبح تصاميم معدات أكثر تعقيدا، فمن المتوقع أن تقلل من نسبة الخطأ.

ومن المثير للاهتمام هو الوقت انقلاب الخوارزمية نفسها قد تكون أكثر دقة لصناعة دورا كمبيوتر الكم. وأوضح ليبيديف :. "لدينا خوارزميات يمكن تحديث واستخدامها لاختبار البرنامج للكمبيوتر الكم والكتابة، والقضاء على الضوضاء والخطأ."

الكلمة

الكم الحاسوب، المكدسة والمادية

المواد المرجعية

[1] https://mipt.ru/english/news/physicists_reverse_time_using_quantum_computer

[2] https://www.nature.com/articles/srep32815

[3] https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.98.214502

[4]

[5] https://mipt.ru/english/news/quantum_systems_can_violate_the_second_law_of_thermodynamics_say_mipt_s_physicists

[6] https://mipt.ru/english/news/quantum_maxwell_s_demon_teleports_entropy_out_of_a_qubit