Физики из МФТИ заставили время идти назад, нарушив второй закон термодинамики

Уравнение Шрёдингера допускает, что изменение состояния электрона обратимо, то есть он может снова локализоваться в небольшой области пространства.

Учёные из РФ, США и Швейцарии рассчитали вероятность самопроизвольного возвращения электрона в своё прошлое, а также смогли обратить время для квантового компьютера. Результаты исследования приводятся в пресс-релизе на Phys.org.

Физики изучили поведение одиночного электрона в пустом межзвёздном пространстве, допустив, что на момент наблюдения частица локализована, то есть её положение известно с высокой точностью. Изменение квантового состояния частицы описывается уравнениями Шрёдингера, и в соответствии с ними положение электрона будет со временем становиться неопределённее. Этот процесс подчиняется второму закону термодинамики, по которому в изолированной системе растёт энтропия.

Но уравнение Шрёдингера допускает, что изменение состояния электрона обратимо, то есть он может снова локализоваться в небольшой области пространства. Это не наблюдается в природе, но в теории может случиться из-за случайных колебаний пронизывающего Вселенную микроволнового фона. Согласно расчётам, если каждую секунду наблюдать 10 млрд локализованных электронов, то за 13,7 млрд лет обратное изменение состояния произойдёт только один раз. При этом частица вернётся в прошлое на одну десятимиллиардную долю секунды.

Исследователи также попробовали повернуть время назад в эксперименте с квантовым компьютером, состоящим из двух-трёх кубитов. Сначала два кубита были в основном состоянии, обозначаемом как 0, что соответствует локализованному электрону. Затем происходила эволюция состояний, а специальная программа меняла состояние компьютера так, чтобы он смог вернуться во времени, как это происходит с электроном при флуктациях микроволнового фона. Проще говоря, значения кубитов перематывались в прошлое.

В результате компьютер с двумя кубитами вернулся в исходное состояние в 85% случаев. Если кубитов было три, возникало больше ошибок и программа возврата срабатывала успешно только в 50% случаев. Но учёные полагают, что при совершенствовании квантового компьютера частота неудач уменьшится. Результаты работы помогут сделать основанные на кубитах вычислительные устройства более точными.