Ученые из России, США и Швейцарии рассчитали вероятность самопроизвольного возвращения электрона в свое прошлое, а также обратили время для квантового компьютера. О результатах исследования сообщается в пресс-релизе на Phys.org.
Физики изучили поведение одиночного электрона в пустом межзвездном пространстве. Они допустили, что в момент наблюдения частица локализована, то есть ее положение известно с высокой точностью. Изменение квантового состояния частицы описывается уравнениями Шредингера и в соответствии с ними положение электрона будет становиться все более неопределенным. Этот процесс подчиняется Второму закону термодинамики, согласно которому в изолированной системе происходит увеличение энтропии.
Однако уравнение Шредингера допускает, что изменение состояния электрона является обратимым, то есть он может вновь локализоваться в небольшой области пространства. Это не наблюдается в природе, однако теоретически может произойти из-за случайных колебаний космического микроволнового фона, пронизывающего Вселенную. По расчетам, если каждую секунду наблюдать 10 миллиардов локализованных электронов, то за 13,7 миллиарда лет обратное изменение состояния произойдет лишь раз. При этом частица вернется в свое прошлое лишь на одну десятимиллиардную долю секунды.
Исследователи также попытались повернуть время вспять в эксперименте с квантовым компьютером, состоящего из двух-трех кубитов. Сначала два кубита находились в основном состоянии, обозначаемом как 0, что соответствует локализованному электрону. Затем происходила эволюция состояний, а специальная программа изменяла состояние компьютера так, чтобы он мог вернуться назад во времени, как это происходит с электроном при флуктациях микроволнового фона. Иными словами, значения кубитов перематывались в прошлое.
Оказалось, что компьютер с двумя кубитами возвращался в исходное состояние в 85 процентах случаев. Если же кубитов было три, то возникало больше ошибок, и программа возврата успешно срабатывала только в 50 процентах случаев. Однако ученые считают, что при совершенствовании квантового компьютера, частота неудач снизится. Результаты работы помогут сделать вычислительные устройства, основанные на кубитах, более точными.