A kvantumszámítás új technikája megnyithatja azt az egész modellünket, amely szerint az idő mozog az univerzumban.
Itt van a hosszúnak tűnt igaz: az idő egy irányba működik. A másik irány? Nem túl sok.
Ez igaz az életben. (A kedd 2018. évi szerdától 2019-ig, ifjúság időskorává válik.) És igaz ez egy klasszikus számítógépben. Az mit jelent? Sokkal könnyebb egy kicsit a laptopján futó szoftverrel előre jelezni, hogy egy komplex rendszer hogyan fog mozogni és fejlődni a jövőben, mint a múltjához visszaállítani. Az univerzum azon tulajdonsága, amelyet a teoretikusok „okozati aszimmetriának” neveznek, megköveteli, hogy sokkal több információra - és sokkal összetettebb számításokra - kerüljön át az idő egyik irányába történő mozgatáshoz, mint a másik felé. (Gyakorlatilag az időben történő előrehaladás könnyebb.)
Ennek valós következményei vannak. A meteorológusok meglehetősen jó munkát végezhetnek annak előrejelzésében, hogy esik-e öt nap alatt eső a mai időjárási radar adatok alapján. De kérdezze meg ugyanazokat a meteorológusokat, hogy tudják meg, vajon öt nappal ezelőtt esett-e a mai radarképeken? Ez egy sokkal nagyobb kihívást jelentő feladat, sokkal több adatot és sokkal nagyobb számítógépet igényel.
Az információs teoretikusok hosszú ideje azt gyanították, hogy az okozati aszimmetria az univerzum alapvető jellemzője lehet. Arthur Eddington a fizikus már 1927-ben azt állította, hogy ez az aszimmetria az oka annak, hogy csak az idő előrehaladásával haladunk előre, és soha nem hátrálunk. Ha úgy érti az univerzumot, mint egy óriási számítógépet, amely folyamatosan kiszámítja az idők folyamát, akkor mindig könnyebb - kevésbé erőforrásigényes - a dolgok előrehaladása (oka, akkor következménye), mint hátra (hatása, akkor oka). Ezt az ötletet az "idő nyílának" hívják.
De egy új, július 18-án a Physical Review X folyóiratban megjelent cikk nyitja meg a kaput annak a lehetőségnek, hogy ez a nyíl a klasszikus stílusú számítás tárgya - olyasmi, amire csak a korlátozott eszközök miatt tűnt nekünk.
Egy kutatócsoport megállapította, hogy bizonyos körülmények között az ok-okozati aszimmetria eltűnik a kvantumszámítógépekben, amelyek teljesen más módon számolnak. Ellentétben a klasszikus számítógépekkel, amelyekben az információ két állapot egyikében (1 vagy 0) tárolódik, kvantumszámítógépekkel, az információkat tárolják olyan szubatomi részecskékben, amelyek bizonyos bizarr szabályokat követnek, és így ezek mindegyike egyszerre több állapotban is lehet. És még ennél is lenyűgözőbben, papíruk utal a jövőbeli kutatások felé, amelyek ok-okozati aszimmetriát mutathatnak, egyáltalán nem létezik az univerzumban.
Ez hogy?
A nagyon rendezett és nagyon véletlenszerű rendszerek könnyen megjósolhatók. (Gondolj egy rendelt ingara vagy egy szobát betöltő gázfelhőre - rendezetlen.) Ebben a cikkben a kutatók azon fizikai rendszereket vizsgálták, amelyekben az aranykapocs zavarának és véletlenszerűségének szintje van - nem túl kevés és nem is túl sok. (Tehát valami olyan, mint egy fejlődő időjárási rendszer.) A számítógépek számára ezeket nagyon nehéz megérteni - mondta Jayne Thompson, a tanulmány társszerzője, a szingapúri nemzeti egyetemen kvantuminformációkat tanulmányozó komplexitáselmélet és fizikus.
Ezután az elméleti kvantumszámítógépekkel megpróbálták kitalálni e rendszerek pasztáját és jövőjét (fizikai számítógépek nélkül). A kvantumszámítógépek e modellei nemcsak kevesebb memóriát használtak, mint a klasszikus számítógépes modellek, hanem elmondták, hogy képesek voltak az idő bármelyik irányába futtatni anélkül, hogy további memóriát használnának. Más szavakkal, a kvantummodelleknek nem volt okozati aszimmetriája.
"Miközben klasszikusan, lehetetlen lehet, hogy a folyamat az egyik irányba haladjon," mondta Thompson a Live Science számára. "Eredményeink azt mutatják, hogy 'kvantummechanizmusban' a folyamat bármelyik irányba haladhat, nagyon kevés memória felhasználásával."
És ha ez igaz egy kvantumszámítógépen, akkor ez az univerzumban is igaz - mondta.
A kvantumfizika nagyon kicsi részecskék - az univerzum minden nagyon kicsi részecske - furcsa valószínűségi viselkedésének tanulmányozása. És ha a kvantumfizika igaz az összes darabra, amely alkotja az univerzumot, akkor ez igaz magára az univerzumra is, még akkor is, ha furcsabb hatásai nem mindig nyilvánvalóak számunkra. Tehát ha egy kvantumszámítógép ok-okozati aszimmetria nélkül működhet, akkor az a világegyetem is.
Természetesen egy bizonyíték sorozatának látása arról, hogy a kvantum számítógépek egy nap miként fognak működni, nem ugyanaz, mint a valós világban tapasztalható hatás. De még mindig messze vagyunk a kvantás számítógépektől, amelyek elég fejlett ahhoz, hogy futtassuk azokat a modelleket, amelyeket ez a cikk leír.
Sőt, Thompson mondta, ez a kutatás nem bizonyítja, hogy az univerzumban semmilyen ok-okozati aszimmetria nem létezik. Ő és kollégái azt mutatták, hogy egy maroknyi rendszerben nincs aszimmetria. De lehetséges, mondja -, vannak olyan nagyon csupasz csontú kvantummodellek, amelyekben okozati aszimmetria lép fel.
"Ignosztikus vagyok ebben a kérdésben" - mondta.
Átmenetileg.
A kutatás következő lépése, azt mondta, hogy válaszoljon erre a kérdésre - kiderítse, létezik-e okozati aszimmetria bármely kvantummodellben.
Ez a cikk nem bizonyítja, hogy nincs idő, vagy hogy egy napon vissza tudunk csúszni rajta. De úgy tűnik, hogy azt mutatja, hogy az idő, az ok és a következmény megértésének egyik kulcsfontosságú építőeleme nem mindig működik úgy, ahogy a tudósok régóta feltételezték - és lehet, hogy egyáltalán nem működik így. Mit jelent ez az idő formája és a többiünk számára, továbbra is nyitott kérdés.
A munka valódi gyakorlati előnye - mondta -, hogy az úton levő kvantumszámítógépek képesek lesznek a dolgok (például az időjárás) szimulációjának egyszerű futtatására az idő bármelyik irányába, komoly nehézségek nélkül. Ez tengeri változás lenne a jelenlegi klasszikus modellező világhoz képest.
