Физики приблизились к моделированию обратного течения времени

Группа физиков представила метод управления квантовыми системами, позволяющий воспроизводить динамику, соответствующую обратному течению времени. Речь не идет о настоящем путешествии во времени, а о создании условий, при которых квантовая система ведет себя так, словно стрела времени направлена вспять.

Исследователи считают, что подход откроет новые возможности для управления квантовыми процессами. В перспективе технология может использоваться для извлечения энергии из квантовых систем и создания новых типов устройств.

В привычном мире процессы однонаправленны: растения растут, предметы разбиваются, звезды взрываются. Обратные процессы в природе не наблюдаются. Эта однонаправленность называется «стрелой времени». Однако на микроуровне законы физики сложнее.

Квантовые системы, например кубиты, подчиняются квантовой механике. Ее фундаментальные уравнения во многих случаях симметричны относительно времени, то есть одинаково описывают эволюцию вперед и назад. Это не означает, что время можно обратить, но математически обратная динамика возможна при определенных условиях.

Физик Луис Педро Гарсия-Пинтос из Лос-Аламосской лаборатории пояснил, что на микроскопическом уровне большинство законов допускает движение времени в обе стороны. Ученые решили проверить, можно ли воспроизвести обратную динамику экспериментально.

Они разработали протокол управления квантовыми системами, объединив квантовые измерения с обратной связью. Это позволяет после каждого измерения корректировать состояние системы и направлять ее развитие по заданной траектории. Так формируются стохастические траектории, соответствующие обратной стреле времени.

Для проверки использовался управляющий гамильтониан — последовательность электромагнитных полей и импульсов, воспроизводящая эффект измерений. В сочетании с обратной связью он компенсирует влияние измерений, усиливает изменения или превышает их, создавая режимы с растянутой, размытой или обращенной стрелой времени.

Метод позволяет управлять потоками энергии, входящими и покидающими систему. В будущем это может привести к созданию квантовых батарей и двигателя непрерывных измерений, извлекающего энергию из процесса наблюдения.

Следующий этап — экспериментальная проверка на сверхпроводниковых кубитах. Они обеспечивают высокую скорость обратной связи и эффективную регистрацию состояний. Авторы рассчитывают, что технология поможет изучать фундаментальные свойства квантовой механики и совершенствовать квантовые вычислительные системы.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review X.