يمكن لتقنية جديدة للحوسبة الكمومية أن تفتح نموذجنا الكامل لكيفية تحرك الوقت في الكون.
إليك ما بدا صحيحًا منذ فترة طويلة: الوقت يعمل في اتجاه واحد. الاتجاه الآخر؟ ليس كثيرا.
هذا صحيح في الحياة. (يتحول الثلاثاء إلى الأربعاء ، 2018 إلى 2019 ، الشباب إلى الشيخوخة.) وهذا صحيح في الكمبيوتر الكلاسيكي. ماذا يعني ذلك؟ من الأسهل كثيرًا أن تتنبأ بعض البرامج التي تعمل على الكمبيوتر المحمول بكيفية تحرك نظام معقد وتطويره في المستقبل بدلاً من إعادة إنشاء ماضيه. تتطلب خاصية الكون التي يسميها المنظرون "عدم التماثل السببي" أن يتطلب الأمر معلومات أكثر بكثير - وحسابات أكثر تعقيدًا - للتحرك في اتجاه واحد عبر الزمن أكثر مما يتطلبه التحرك في اتجاه آخر. (من الناحية العملية ، فإن المضي قدمًا في الوقت أسهل.)
هذا له عواقب واقعية. يمكن لأخصائيي الأرصاد الجوية القيام بعمل جيد إلى حد معقول للتنبؤ بما إذا كانت ستمطر في غضون خمسة أيام بناءً على بيانات رادار الطقس اليوم. لكن اسأل نفس علماء الأرصاد الجوية لمعرفة ما إذا كانت السماء قد أمطرت قبل خمسة أيام باستخدام صور الرادار اليوم؟ هذه مهمة أكثر صعوبة ، وتتطلب الكثير من البيانات وأجهزة كمبيوتر أكبر بكثير.
اشتبه المنظرون في المعلومات لفترة طويلة في أن عدم التماثل السببي قد يكون سمة أساسية للكون. منذ عام 1927 ، جادل الفيزيائي آرثر إدينجتون بأن هذا التباين هو السبب في أننا نتقدم فقط عبر الزمن ، ولا نتراجع أبدًا. إذا فهمت الكون كجهاز كمبيوتر عملاق يحسب طريقه باستمرار عبر الزمن ، فمن الأسهل دائمًا - أقل استهلاكًا للموارد - أن تتدفق الأشياء إلى الأمام (السبب ، ثم التأثير) من الخلف (التأثير ، ثم السبب). تسمى هذه الفكرة "سهم الوقت".
لكن ورقة جديدة ، نُشرت في 18 يوليو في مجلة Physical Review X ، تفتح الباب لاحتمال أن يكون هذا السهم عبارة عن قطعة أثرية للحسابات على النمط الكلاسيكي - وهو شيء ظهر لنا فقط على أنه الحال بسبب أدواتنا المحدودة.
وجد فريق من الباحثين أنه في ظروف معينة يختفي عدم التماثل السببي داخل أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والتي تحسب بطريقة مختلفة تمامًا - على عكس أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التي يتم فيها تخزين المعلومات في إحدى حالتين (1 أو 0) ، مع أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، يتم تخزين المعلومات في الجسيمات دون الذرية التي تتبع بعض القواعد الغريبة ، وبالتالي يمكن لكل منها أن يكون في أكثر من حالة واحدة في نفس الوقت. والأكثر إغراءً أن أوراقهم تشير إلى الطريق نحو البحث المستقبلي الذي يمكن أن يُظهر عدم التناظر السببي غير موجود حقًا في الكون على الإطلاق.
كيف ذلك؟
من السهل التنبؤ بأنظمة منظمة وعشوائية للغاية. (فكر في وجود بندول - أمر - أو سحابة من الغاز تملأ الغرفة - مضطرب.) في هذه الورقة ، نظر الباحثون في الأنظمة الفيزيائية التي كان بها مستوى اضطراب المعتدل والعشوائية - ليس قليلًا جدًا ، وليس كثيرًا. (لذلك ، شيء يشبه نظام الطقس المتطور.) من الصعب جدًا على أجهزة الكمبيوتر أن تفهم ذلك ، كما قال المؤلف المشارك في الدراسة جاين طومسون ، المنظر في التعقيد والفيزيائي الذي يدرس المعلومات الكمية في جامعة سنغافورة الوطنية.
بعد ذلك ، حاولوا اكتشاف ماضي تلك الأنظمة ومستقبلها باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمية النظرية (لا توجد أجهزة كمبيوتر فعلية معنية). وقالت إن هذه النماذج من أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا تستخدم ذاكرة أقل من نماذج الكمبيوتر الكلاسيكية فحسب ، بل كانت قادرة على العمل في أي من الاتجاهين عبر الوقت دون استخدام ذاكرة إضافية. وبعبارة أخرى ، فإن النماذج الكمومية ليس لها عدم تناسق سببي.
قال طومسون لـ Live Science: "على الرغم من أنه من الناحية الكلاسيكية ، قد يكون من المستحيل أن تسير العملية في أحد الاتجاهات ، وتظهر نتائجنا أن" الكم ميكانيكيًا "، يمكن أن تسير العملية في أي اتجاه باستخدام ذاكرة قليلة جدًا."
إذا كان هذا صحيحًا داخل الكمبيوتر الكمومي ، فهذا صحيح في الكون ، على حد قولها.
فيزياء الكم هي دراسة السلوكيات الاحتمالية الغريبة للجسيمات الصغيرة جدًا - جميع الجسيمات الصغيرة جدًا في الكون. وإذا كانت فيزياء الكم صحيحة لجميع القطع التي يتكون منها الكون ، فإنه ينطبق على الكون نفسه ، حتى لو كانت بعض آثاره الغريبة غير واضحة لنا دائمًا. لذا إذا كان الكمبيوتر الكمومي قادرًا على العمل دون تباين سببي ، فيمكن للكون أيضًا أن يعمل.
بالطبع ، رؤية سلسلة من البراهين حول كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية في يوم من الأيام ليست نفس الشيء مثل رؤية التأثير في العالم الحقيقي. لكنهم لا يزالون بعيدين عن أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتقدمة بما يكفي لتشغيل نوع النماذج التي تصفها هذه الورقة ، كما قالوا.
قال طومسون ، ما هو أكثر من ذلك ، أن هذا البحث لا يثبت أنه لا يوجد أي تباين سببي في أي مكان في الكون. أظهرت هي وزملاؤها أنه لا يوجد تباين في حفنة من الأنظمة. ولكن من المحتمل ، أن هناك بعض النماذج الكمومية العارية جدًا حيث تظهر بعض التباينات السببية.
قالت: "أنا لا أدري بشأن هذه النقطة".
الى الان.
وقالت إن الخطوة التالية لهذا البحث هي الإجابة على هذا السؤال - لمعرفة ما إذا كان التباين السببي موجودًا في أي نماذج كمومية.
لا تثبت هذه الورقة أن الوقت غير موجود ، أو أننا سنتمكن يومًا ما من الانزلاق للخلف خلاله. ولكن يبدو أنه يظهر أن أحد اللبنات الأساسية لفهمنا للوقت والسبب والنتيجة ، لا يعمل دائمًا بالطريقة التي افترضها العلماء منذ فترة طويلة - وقد لا يعمل بهذه الطريقة على الإطلاق. ما يعنيه ذلك لشكل الوقت ، وبالنسبة لنا ، لا يزال سؤالًا مفتوحًا.
وقالت إن الفائدة العملية الحقيقية لهذا العمل هي أنه بهذه الطريقة ، قد تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على تشغيل محاكاة للأشياء بسهولة (مثل الطقس) في أي اتجاه عبر الزمن ، دون صعوبة جدية. سيكون ذلك تغييرا كبيرا عن عالم النمذجة الكلاسيكية الحالي.
