物理学家使用量子计算机相反时间

来自莫斯科物理与技术研究所的研究人员与美国和瑞士的同事合作，并将量子计算机的状态归还了一秒钟的过去。他们还计算了空星际空间中电子的概率将自发地重新进入其最近的过去。

“这是一系列论文中的一个，就可能违反了热力学第二律法。该法律与箭头概念密切相关，这些时间的概念占据了单向的时间方向：从过去到未来，“研究了这项研究的领先作者Gordey Lesovik，他领导了量子信息技术物理学实验室在mipt。

“我们首先通过描述第二种所谓的本地永久运动机器。然后，在12月，我们发表了一篇论文，讨论了通过一个名为Maxwell的恶魔的设备违反第二法，“Lesovik说。“最近的纸张从第三个角度接近相同的问题：我们人为地创造了一种在与热力学箭头相反的方向上发展的状态。“

是什么让未来与过去不同

大多数物理定律都没有区别未来和过去。例如，让等式描述两个相同的台球的碰撞和反弹。如果使用相机录制该事件的特写镜头并反向播放，则它仍然可以由相同的等式表示。此外，如果它已经被诊断，人们无法从录音中讲述。两个版本看起来都是合理的。据说台球忽略了直观的时间。

然而，想象一下，有人录制了一个尖球打破金字塔，撞球在各个方向散射。一个不必知道游戏规则，以告诉现实生活场景反向播放。是什么让后一种看起来如此荒谬是我们对第二种热力学定律的直观了解：孤立的系统要么保持静态或发展到混乱状态而不是订单。

大多数其他物理定律都不会阻止滚动台球组装成金字塔，注入的茶叶流入茶叶，或者在反向“爆发”中的火山。但我们没有看到任何事情发生，因为这将需要一个孤立的系统在没有任何外部干预的情况下承担更有序的状态，这与第二法运行相反。该法律的性质尚未详细解释，但研究人员在理解它背后的基本原则方面取得了很大的进展。

自发时间逆转

来自MIPT的量子物理学家决定检查时间是否可能自发地逆转，至少对于近颗粒和微小的一秒钟。也就是说，而不是碰撞台球，他们在空星际空间中检查了一个孤独的电子。

“假设当我们开始观察时，电子是本地化的。这意味着我们非常肯定的是它在太空中的位置。Quantum Mechence的定律阻止了我们以绝对精确地了解它，但我们可以概述电子是本地化的小区域，“来自Mipt和Eth苏黎世的Mipt和Eth Zurich的Andrey Lebedev。

物理学家解释说，电子国家的演变由Schrödinger的等式控制。虽然它在未来和过去之间没有区别，但是含有电子的空间区域将非常快速地展开。也就是说，系统往往会变得更加混乱。电子位置的不确定性正在增长。这与大规模系统中的越来越多的紊乱类似于台球表 - 由于热力学的第二律。

“然而，Schrödinger的等式是可逆的，”本文共同作者Valerii Vinokur从Argonne National Laboratory，美国“数学上，这意味着在一定的转变下称为复杂共轭，方程式将描述一个'涂抹“电子在同一时间段内定位回一个小区域。”虽然本质上未观察到这种现象，但由于透过宇宙的宇宙微波背景中的随机波动，理论上可能发生。

该团队列出了计算概率，以观察电子“涂抹出来”的一小部分第二自发定位到其最近的过去。事实证明，即使一个人花了整个宇宙的整个寿命 - 137亿年 - 每秒观察1000亿新局部的电子，粒子州的反转演变只会发生一次。即便如此，电子将不得不超过一个十亿分钟的秒。

涉及台球，火山等的大规模现象显然展开了更大的时间尺度，并具有令人震惊的电子和其他颗粒。这解释了为什么我们不观察到旧人生长年轻或与纸张分离的墨水污染。

逆转时间按需

然后研究人员在四阶段实验中试图相反。它们而不是电子，他们观察到由两个和后三个基本元素制成的量子计算机的状态，称为超导Qubits。

Quantum Computer上实际实验的四个阶段镜像涉及空间中的电子和与台球的假想类比的思想实验的阶段。三个系统中的每一个最初从顺序发展到混乱，但随后一个完美的超时的外部干扰逆转了这个过程。

阶段1：命令。每个qubit在地状态下初始化，表示为零。这种高度有序的配置对应于在突破前的小区域中定位的电子，或者在休息之前的台球架。

第2阶段：降解。订单丢失了。就像电子在越来越大的空间区域涂抹出来一样，或者机架在泳台表上被打破，Qubits的状态变成了更复杂的零变化模式。这是通过在量子计算机上简要推出进化程序来实现的。实际上，由于与环境的相互作用，本身将发生类似的劣化。然而，自主进化的受控程序将实现实验的最后阶段。

第3阶段：时间逆转。一个特殊程序以这样的方式修改量子计算机的状态，即它将从混乱向顺序开始“向后”。该操作类似于电子的随机微波背景波动，但这时间是故意引起的。对于台球示例的显然广泛的类比将是一个给桌子一个完全计算的踢的人。

第4阶段：再生。来自第二阶段的演化计划再次启动。如果“踢”已成功交付，该计划不会导致更多混乱，而是将额度倒带额外的状态回到过去，涂抹电子将定位的方式或台球将逆转其轨迹播放，最终形成三角形。

研究人员发现，在85％的情况下，两个Qubit量子计算机确实返回初始状态。当涉及三个Qubits时，发生了更多的错误，导致成功率大约50％。根据作者，这些错误是由于实际量子计算机中的缺陷。设计更复杂的设备，预计将丢弃错误率。

有趣的是，时间逆转算法本身可以证明对于更精确的量子计算机来说是有用的。“我们的算法可以更新并用于测试为量子计算机编写的程序并消除噪声和错误，”Lebedev解释说。

该研究发表于科学报告。

该研究在这个故事中由MIPT（Gordey Lesovik，Andrey Lebedev，Mikhail Susbov），Ethzurich（Andrey Lebedev），Argonne National实验室，美国（Valerii Vinokur，Ivan Sadovskyy）进行了研究人员。

图片：@ Tsarcyanide / MIPT Press Office