과학자들이 양자 컴퓨터를 사용하여 시간을 역전시키다 | 열역학 제2법칙 위반

시간 대칭처럼 보이는 물리 법칙에서 비가역성은 어떻게 나타납니까? 과학자들은 수년간 답을 찾기 위해 노력해 왔습니다.

고전 통계 역학의 틀 내에서 이 문제는 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 변하거나 물질이 자유롭게 이동할 때 닫힌 시스템의 엔트로피가 증가한다는 열역학 제2법칙과 연결되어 있습니다.

2018년 모스크바 물리 기술 연구소의 러시아 연구원들은 Maxwell의 악마로 알려진 장치를 통해 열역학 2법칙을 위반했다고 보고했습니다. 이제 그들은 다른 각도에서 문제를 해결했습니다. 시간의 열역학적 화살표와 반대 방향으로 움직이는 양자 상태를 개발했습니다.

연구팀은 먼저 진공 상태의 전자가 본능적으로 최근 과거로 돌아갈 확률을 평가했다. 그들은 우주의 전체 수명에 걸쳐 매초 100억 개의 새로 국부화된 전자를 관찰하면 전자 상태의 역진화가 단 한 번만 드러날 수 있음을 발견했습니다.

이 경우에도 입자는 과거로 나노초 이상 이동하지 않습니다. 이것이 우리가 시간을 역전시키는 것을 관찰하지 않는 이유입니다. 왜냐하면 훨씬 더 큰 시간 척도에서 펼쳐지는 엄청난 수의 입자가 필요하기 때문입니다.

참조:arXiv:1712.10057 | MIPT

연구원들은 2큐비트와 3큐비트(양자비트)로 구성된 양자컴퓨터의 상태를 분석했다.

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주문: 처음에 각 큐비트는 0을 나타내는 바닥 상태에 있습니다.

저하: 큐비트의 상태를 1과 0 또는 둘 다로 동시에 변경하려면 '진화 프로그램'을 시작하세요.

시간 반전: 이 연구에서 개발된 고유한 알고리즘은 혼돈에서 질서를 향한 반대 방향으로 이동하는 방식으로 양자 컴퓨터를 변경합니다.

재생: 큐비트의 상태를 과거로 되돌리려면 진화 프로그램을 다시 시작하세요.

연구원 제공

2큐비트 양자컴퓨터는 85%의 경우에서 초기 상태로 되돌아간 반면 3큐비트는 더 많은 오류를 보여 50%의 성공률을 보였다. 기존 양자 컴퓨터의 결함으로 인해 오류가 발생했습니다. 보다 발전된 양자 컴퓨팅 기술이 개발됨에 따라 오류율이 크게 감소할 것으로 예상됩니다.

이 시간 반전 알고리즘은 보다 정확한 양자 컴퓨터를 개발하는 데 사용될 수 있습니다. 가까운 장래에 양자 컴퓨터용으로 작성된 소프트웨어를 테스트하고 오류와 노이즈를 줄이기 위해 수정될 수 있습니다.

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이 연구에서 개발된 기법은 상태 구성 요소를 하나씩 스크롤했지만 양자 병렬성을 최대한 활용하지 못했습니다. 다음 질문은 O(N) 기본 게이트를 사용하는 것보다 더 효율적으로 시간 역전을 수행하는 양자 알고리즘을 개발하는 것이 전혀 가능한지 여부입니다.

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