Группа австрийских физиков сообщила об успешном проведении эксперимента, в ходе которого удалось обратить течение времени для отдельной частицы света — фотона.
Ученые научились «контролировать» время: машина времени готова?
Физики совершили то, что казалось невозможным — вернули частицу света в прошлое с почти стопроцентной точностью. Путь к созданию суперкомпьютеров нового поколения открыт.
Unsplash
Как сообщает издание Dexerto, исследователи смогли вернуть частицу в ее предыдущее квантовое состояние с вероятностью успеха, близкой к 100%, не обладая информацией о промежуточных изменениях и не разрушая ее квантовые свойства.
Это достижение стало очередным доказательством того, что квантовые компьютеры могут стать более стабильными и широко использоваться в ближайшем будущем.
Австрийские физики открыли способ «перематывать» время — пока в квантовом мире
В основе эксперимента лежит устройство, названное «квантовым переключателем». Это сложная оптическая схема, которая позволяет направить частицу по множеству путей одновременно. Такая возможность обусловлена одним из фундаментальных принципов квантовой механики — суперпозицией.
На субатомном уровне, где оперируют с фотонами и электронами, система может находиться в нескольких состояниях одновременно. Это кардинально отличает квантовый мир от нашего привычного, макроскопического, где законы физики не позволяют изменять прошлое.
Принцип суперпозиции является ключом к мощности квантовых вычислений. В то время как классические компьютеры оперируют битами, которые могут принимать только одно из двух значений (0 или 1), квантовые компьютеры используют кубиты. Кубит может быть одновременно и 0, и 1, что увеличивает объем обрабатываемой информации и потенциальную скорость вычислений.
Для проведения эксперимента исследователи создали контролируемую среду, направляя одиночный фотон через систему кристаллов и поляризационных фильтров. Процесс возврата в прошлое состояние осуществлялся с помощью «протокола обратного хода». Этот алгоритм вмешивается в возможные траектории частицы и объединяет их таким образом, чтобы на выходе получить нужный исход — возвращение фотона в первоначальное состояние.
При этом время выполнения процесса является минимально возможным из всех теоретически достижимых.
Что интересно, разработанный метод способен не только «перематывать», но и «ускорять» течение времени для частицы. Путем перенастройки взаимодействия с каждым из возможных путей фотона, управляя фазой его колебаний и направлением движения, ученые могут изменить его состояние так, словно прошло гораздо больше времени, чем в соседних идентичных системах.
Основная практическая ценность данного открытия заключается в его применении для квантовых процессоров нового поколения. Возможность «отменить» нежелательное изменение кубита позволяет эффективно исправлять ошибки, возникающие в ходе вычислений. Эта технология способна защитить квантовые вычисления от сбоев и повысить стабильность работы процессоров, в том числе при более высоких температурах, чем считалось возможным ранее.
Хотя теоретически подобные манипуляции можно было бы повторить и с крупными объектами, это потребовало бы несоизмеримо больших энергетических и технологических ресурсов. Поэтому на практике открытие направлено на развитие вычислительной техники.
Однако, такой «контролируемый возврат» доказывает и то, что время на субатомном уровне куда более пластично, чем в нашем привычном мире, и подтверждает, что квантовые компьютеры могут скоро стать технологической нормой, а не чем-то экстраординарным.