Новости Дня

Специалисты МФТИ «нарушили» второй закон термодинамики и вернули компьютер на долю секунды в прошлое

Физики смогли всего на долю секунды вернуть компьютер в прошлое, тем самым «нарушив» второй закон термодинамики. Этот закон физики тесно связан с различием между прошлым и будущим, поясняет Гордей Лесовик из Московского Физтеха в Долгопрудном.

В основе современной физики лежит концепция «стрелы времени», в ней говорится о том, что время движется в одном направлении из прошлого в будущее, и отмотать назад его невозможно. Именно из-за этого нерушимого правила, которое ученые часто называют «вторым законом термодинамики», никогда не будет создан «вечный двигатель».

Тем не менее три года назад Лесовик и его коллеги поняли, что второе начало термодинамики все же может нарушаться на квантовом уровне. Это помогло создать квантовый аналог знаменитого «демона Максвелла», гипотетического существа, которое сортирует быстрые и медленные молекулы.

Продолжая эти эксперименты физики решили проверить, может ли время самопроизвольно пойти вспять хотя бы для одной частицы, поведением которой управляют законы квантовой физики. Они посчитали, может ли электрон в пустом пространстве спонтанно вернуться на мгновение назад в прошлое. А чтобы оценить, где в конкретный момент времени будет находиться частица использовали уравнение Шредингера. В основе расчетов лежала мысль о том, что положение частицы будет постепенно «размазываться» по пространству под действием «стрелы времени».

Выяснилось, что электрон на самом деле может спонтанно оказаться в прошлом, вернуться в то состояние, в котором он был несколько мгновений назад. Эта возможность нарушения второго начала термодинамики и позволила исследователям провести такую манипуляцию, используя облачный квантовый компьютер IBM.

Сначала ученые объединили два или три кубита элементарных вычислительных модулей и ячеек памяти, заполнили их набором чисел, которыми начали манипулировать так, чтобы уровень хаоса внутри этой квантовой системы начал быстро расти. Потом другая программа перевела кубиты в такое состояние, когда они начали двигаться не в сторону хаоса, а в сторону порядка, в результате кубиты на мгновение вернулись в свое начальное состояние.

В будущем ученые хотят создать более эффективные алгоритмы «обращения времени», которые смогут работать быстрее и дадут возможность физикам манипулировать состоянием большего числа кубитов.