Teknik baru untuk pengkomputeran kuantum boleh membuka seluruh model kami tentang bagaimana masa bergerak di alam semesta.
Inilah yang sepertinya memang benar: Masa berfungsi dalam satu arah. Arah yang lain? Tidak begitu banyak.
Itu benar dalam hidup. (Selasa ke hari Rabu, 2018 ke 2019, belia ke usia tua.) Dan itu benar dalam komputer klasik. Apa maksudnya? Lebih mudah untuk sedikit perisian yang dijalankan pada komputer riba anda untuk meramalkan bagaimana sistem yang kompleks akan bergerak dan berkembang pada masa akan datang daripada mencipta masa lalu. Sifat alam semesta yang ahli teori memanggil "asimetri kausal sebab" memerlukan lebih banyak maklumat - dan perhitungan yang jauh lebih rumit - untuk bergerak dalam satu arah dari masa ke masa daripada bergerak untuk yang lain. (Secara praktikal, terus ke hadapan dalam masa yang lebih mudah.)
Ini mempunyai akibat kehidupan sebenar. Ahli meteorologi boleh melakukan pekerjaan yang agak baik untuk meramalkan sama ada hujan akan turun dalam masa lima hari berdasarkan data radar cuaca hari ini. Tetapi minta ahli meteorologi yang sama untuk mengetahui sama ada hujan lima hari lalu menggunakan imej radar hari ini? Itulah tugas yang lebih mencabar, memerlukan lebih banyak data dan komputer yang lebih besar.
Ahli teori maklumat disyaki untuk masa yang lama bahawa asimetri kausal mungkin merupakan ciri asas alam semesta. Sudah lama pada tahun 1927, ahli fizik Arthur Eddington berhujah bahawa asimetri ini adalah sebab kita hanya bergerak ke depan dari masa ke masa, dan tidak pernah mundur. Sekiranya anda memahami alam semesta sebagai komputer raksasa yang sentiasa mengira cara melalui masa, ia sentiasa lebih mudah - kurang berintensifkan sumber - untuk mengalir ke hadapan (sebab, kemudian kesan) daripada mundur (kesan, kemudian menyebabkan). Ide ini dipanggil "panah masa".
Tetapi kertas baru, yang diterbitkan pada 18 Julai dalam jurnal Physical Review X, membuka pintu kepada kemungkinan bahawa anak panah itu merupakan artifak pengkomputeran gaya klasik - sesuatu yang hanya muncul kepada kita untuk menjadi kes kerana alatan terhad kami.
Satu pasukan penyelidik mendapati bahawa dalam keadaan tertentu asimetri kausal menghilang di dalam komputer kuantum, yang dikira dengan cara yang sama sekali berbeza- Tidak seperti komputer klasik di mana maklumat disimpan di salah satu daripada dua negeri (1 atau 0), dengan komputer kuantum, maklumat disimpan dalam zarah-zarah subatom yang mengikuti beberapa peraturan aneh dan sebagainya boleh masing-masing boleh berada di lebih daripada satu keadaan pada masa yang sama. Dan, bahkan lebih menarik, makalah mereka menunjukkan jalan ke arah penyelidikan masa depan yang dapat menunjukkan asimetri kausal tidak benar-benar wujud di alam semesta sama sekali.
Bagaimana keadaannya?
Sistem yang sangat teratur dan sangat rawak mudah untuk diramal. (Fikirkan pendulum - diperintahkan - atau awan gas mengisi bilik - tidak teratur.) Dalam makalah ini, para penyelidik melihat sistem fizikal yang mempunyai masalah gangguan dan kekurangan emas - tidak terlalu sedikit, dan tidak terlalu banyak. (Jadi, seperti sistem cuaca yang berkembang.) Ini sangat sukar untuk difahami oleh komputer, kata penulis bersama kajian Jayne Thompson, seorang ahli teori dan pakar fizikal yang mengkaji maklumat kuantum di Universiti Nasional Singapura.
Seterusnya, mereka cuba memikirkan masa lalu dan masa depan sistem itu menggunakan komputer kuantiti teori (tiada komputer fizikal). Bukan sahaja model komputer kuantum ini menggunakan memori kurang daripada model komputer klasik, katanya, mereka dapat berjalan di mana-mana arah melalui masa tanpa menggunakan memori tambahan. Dengan kata lain, model kuantum tidak mempunyai asimetri kausal.
"Walaupun secara klasikal, mungkin tidak mungkin proses berjalan di salah satu arah," kata Thompson kepada Live Science, "hasil kami menunjukkan bahawa 'kuantum secara mekanik,' proses itu dapat berjalan dengan baik dengan menggunakan memori yang sangat sedikit."
Dan jika itu benar di dalam komputer kuantum, itu benar di alam semesta, katanya.
Fizik kuantum adalah kajian tentang perilaku probabilistik aneh zarah yang sangat kecil - semua zarah yang sangat kecil di alam semesta. Dan jika fizik kuantum adalah benar untuk semua bahagian yang membentuk alam semesta, itu benar untuk alam semesta itu sendiri, walaupun beberapa kesan pelukisnya tidak selalu jelas kepada kita. Jadi jika komputer kuantum boleh beroperasi tanpa asimetri kausal, maka boleh jadi alam semesta.
Sudah tentu, melihat satu siri bukti tentang bagaimana komputer kuantum akan bekerja satu hari bukanlah perkara yang sama seperti melihat kesan di dunia nyata. Tetapi kita masih jauh dari komputer kuantum cukup maju untuk menjalankan jenis model kertas ini menggambarkan, kata mereka.
Apa lagi, Thompson berkata, penyelidikan ini tidak membuktikan bahawa tidak ada sebarang asimetri kausal di mana-mana di alam semesta. Dia dan rakan-rakannya menunjukkan tiada asimetri dalam beberapa sistem. Tetapi mungkin, dia berkata, terdapat beberapa model kuantum yang sangat terdedah di mana beberapa asimetri kausal muncul.
"Saya agnostik pada ketika itu," katanya.
Untuk sekarang.
Langkah seterusnya untuk penyelidikan ini, katanya, adalah untuk menjawab soalan itu - untuk mengetahui sama ada asimetri kausal ada dalam mana-mana model kuantum.
Kertas ini tidak membuktikan bahawa masa itu tidak wujud, atau bahawa kita akan dapat melangkah ke belakang melalui itu. Tetapi ia kelihatan menunjukkan bahawa salah satu blok bangunan utama pemahaman kita tentang masa, sebab dan akibatnya, tidak selalu berfungsi dengan cara yang lama diandaikan para saintis - dan mungkin tidak berfungsi sama sekali. Apa yang dimaksudkan untuk bentuk masa, dan untuk yang lain, masih merupakan persoalan terbuka.
Manfaat praktikal yang sebenar dalam kerja ini, katanya, adalah cara di bawah komputer kuantum jalan yang mungkin dapat dengan mudah menjalankan simulasi sesuatu (seperti cuaca) dalam arah yang sama melalui waktu, tanpa kesulitan yang serius. Itu akan menjadi perubahan laut dari dunia pemodel klasik yang sekarang ini.
