|
Течение квантового времени можно обратить вспять
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в Physical Review X, ученые разработали протоколы квантового управления, которые генерируют процессы, более согласующиеся с течением времени в обратном направлении, чем в прямом. Протоколы — методы управления квантовыми системами — изменяют "стрелу времени" квантовой системы, концепцию времени как движущегося в одном направлении. Работа открывает возможности для извлечения энергии из квантовых систем и подготовки квантового состояния.
|
|
|
|
Квантовая система, такая как набор кубитов, управляется законами квантовой механики. Протоколы управления, разработанные командой, могут предотвратить появление стрелы времени в квантовой системе или даже изменить ее направление, то есть создать впечатление, что квантовое время течет в обратном направлении.
|
|
|
|
В качестве практического применения своих исследований команда использовала свои протоколы управления для разработки измерительного механизма, который извлекает энергию из квантовых измерений, выполняемых в системе.
|
|
|
|
"В отличие от явлений, которые мы наблюдаем вокруг себя на микроскопическом уровне, самые фундаментальные законы физики рассматривают движение вперед и назад во времени как физически возможное", - сказал физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории Луис Педро Гарсия-Пинтос.
|
|
|
|
|
|
|
- Другими словами, эти законы физики симметричны при обращении времени вспять; уравнения работают так же хорошо, если вы обращаете время вспять. Для квантовых систем, которые работают на таком микроскопическом уровне, созданные нами инструменты могут манипулировать воспринимаемой стрелой времени, что приводит к неожиданным, новым способам управления квантовыми системами".
|
|
Траектории, обращенные во времени вспять
|
|
|
|
В отличие от классической физики, где измерения практически не влияют на наблюдаемое явление, в квантовой физике измерения стохастически изменяют состояние системы, вызывая движение стрелы времени. Исследовательская группа использовала измерения и обратную связь для построения стохастических траекторий, обращенных во времени вспять, заставляя квантовые системы вести себя так, как будто они движутся назад во времени.
|
|
|
|
Команда разработала управляющий гамильтониан — последовательность полей и импульсов, — который мог бы имитировать результаты измерений. Используя этот гамильтониан в процессе обратной связи, команда могла бы устранять, усиливать или чрезмерно компенсировать погрешности измерений, создавая новые траектории, соответствующие растянутым, размытым или даже перевернутым стрелкам времени.
|
|
|
|
В мысленном эксперименте 19-го века, известном как "демон Максвелла", манипулирование направлением горячих и холодных частиц уменьшало энтропию в системе, что, по-видимому, нарушало второй закон термодинамики, который гласит, что энтропия должна увеличиваться или оставаться постоянной в естественном порядке. (Более поздняя физика показала, что второй закон не нарушается, когда учитываются все источники термодинамических затрат.)
|
|
|
|
Созданный командой лаборатории квантовый "демон" использует знания о состоянии квантовой системы и результатах измерений для управления подобными аномальными процессами, изменяя естественный порядок — стрелу времени — в квантовой системе.
|
|
|
|
Квантовое управление с обратной связью для сверхпроводящих кубитов
|
|
|
|
Разработанные командой инструменты позволяют изменять поток энергии, поступающей в систему и выходящей из нее. Такая возможность полезна для обеспечения работы механизма непрерывного измерения, который может извлекать энергию из процесса мониторинга. Таким образом, квантовые измерения используются как термодинамический ресурс, из которого можно извлекать энергию, например, для запуска другого процесса или накопления в квантовой батарее.
|
|
|
|
Следующие шаги в исследовании будут включать экспериментальную демонстрацию использования гамильтоновых процессов измерения для управления квантовой обратной связью; например, в сверхпроводящих кубитах - платформе, которая обеспечивает быструю обратную связь и высокую эффективность обнаружения и в которой были реализованы квантовые версии демона Максвелла. В последующей работе новые методы используются для разработки протоколов подготовки квантовых состояний.
|
|
|
|
Источник
|
