Hoe Quantum Computers De Pijl Van De Tijd Kon Doden

{h1}

Een nieuwe techniek voor quantumcomputing zou ons hele model van hoe de tijd zich beweegt in het universum kunnen openen.

Een nieuwe techniek voor quantumcomputing zou ons hele model van hoe de tijd zich beweegt in het universum kunnen openen.

Hier is wat lang leek te kloppen: tijd werkt in één richting. De andere richting? Niet zo veel.

Dat is waar in het leven. (Dinsdag rolt woensdag 2018 in 2019, jeugd op hoge leeftijd.) En het is waar in een klassieke computer. Wat betekent dat? Het is veel gemakkelijker om met een beetje software op je laptop te voorspellen hoe een complex systeem zich in de toekomst zal verplaatsen en ontwikkelen dan om zijn verleden opnieuw te creëren. Een eigenschap van het universum die theoretici 'causale asymmetrie' noemen, vereist dat het veel meer informatie - en veel complexere berekeningen - vergt om in de ene richting door de tijd te bewegen dan in de andere. (Praktisch gezien is het gemakkelijker om vooruit te gaan in de tijd.)

Dit heeft consequenties in de praktijk. Meteorologen kunnen redelijk goed voorspellen of het binnen vijf dagen zal regenen op basis van de huidige radargegevens van vandaag. Maar vraag je dezelfde meteorologen om uit te zoeken of het vijf dagen geleden regende met behulp van de radarbeelden van vandaag? Dat is een veel uitdagendere taak, die veel meer gegevens en veel grotere computers vereist. [De 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

Informatietheoretici vermoedden lange tijd dat causale asymmetrie een fundamenteel kenmerk van het universum zou kunnen zijn. Al in 1927 voerde de natuurkundige Arthur Eddington aan dat deze asymmetrie de reden is dat we alleen door de tijd heengaan, en nooit achteruit. Als je het universum begrijpt als een gigantische computer die voortdurend zijn weg door de tijd berekent, is het altijd gemakkelijker - minder middelenintensief - om dingen vooruit te laten stromen (oorzaak, dan effect) dan achteruit (effect, dan oorzaak). Dit idee wordt de 'pijl des tijds' genoemd.

Maar een nieuw artikel, gepubliceerd op 18 juli in het tijdschrift Physical Review X, opent de deur naar de mogelijkheid dat die pijl een artefact is van klassieke stijlberekening - iets dat ons alleen lijkt te zijn vanwege onze beperkte tools.

Een team van onderzoekers ontdekte dat in bepaalde omstandigheden causale asymmetrie verdwijnt in kwantumcomputers, die op een geheel andere manier berekenen - in tegenstelling tot klassieke computers waarin informatie wordt opgeslagen in een van de twee toestanden (1 of 0), met kwantumcomputers, wordt informatie opgeslagen in subatomaire deeltjes die enkele bizarre regels volgen en dus ook elk in meer dan één staat tegelijkertijd kunnen zijn. En, nog aanlokkelijker, hun paper wijst de weg naar toekomstig onderzoek dat zou kunnen aantonen dat causale asymmetrie helemaal niet bestaat in het universum.

Hoe is dat?

Zeer ordelijke en zeer willekeurige systemen zijn gemakkelijk te voorspellen. (Denk aan een slinger - geordend - of een gaswolk die een kamer vult - wanordelijk.) In deze paper keken de onderzoekers naar fysieke systemen met een goudstokkenniveau van wanorde en willekeur - niet te weinig, en niet te veel. (Dus, zoiets als een zich ontwikkelend weersysteem.) Deze zijn erg moeilijk voor computers om te begrijpen, zei co-auteur Jayne Thompson, een complexiteitstheoreticus en natuurkundige die kwantuminformatie studeert aan de National University of Singapore. [Wacky Physics: de coolste kleine deeltjes in de natuur]

Vervolgens probeerden ze de verleden en toekomst van die systemen te achterhalen met behulp van theoretische kwantumcomputers (geen fysieke computers). Niet alleen gebruikten deze modellen van quantumcomputers minder geheugen dan de klassieke computermodellen, zei ze, ze waren in staat om in beide richtingen door de tijd te rennen zonder extra geheugen te gebruiken. Met andere woorden, de kwantummodellen hadden geen causale asymmetrie.

"Hoewel het klassiek kan zijn dat het proces onmogelijk in een van de richtingen [door de tijd] kan gaan," vertelde Thompson aan WordsSideKick.com, "laten onze resultaten zien dat het 'quantummechanisch' in beide richtingen kan gaan met heel weinig geheugen."

En als dat waar is in een kwantumcomputer, is dat waar in het universum, zei ze.

Kwantumfysica is de studie van het vreemde probabilistische gedrag van zeer kleine deeltjes - alle zeer kleine deeltjes in het universum. En als de kwantumfysica waar is voor alle stukjes waaruit het universum bestaat, dan is het waar voor het universum zelf, ook al zijn sommige van de vreemdere effecten ons niet altijd duidelijk. Dus als een kwantumcomputer kan werken zonder causale asymmetrie, dan kan het universum dat ook.

Natuurlijk, het zien van een reeks bewijzen over hoe quantumcomputers ooit zullen werken, is niet hetzelfde als het zien van het effect in de echte wereld. Maar we zijn nog ver weg van kwantumcomputers die ver genoeg ontwikkeld zijn om het soort modellen uit te voeren dat dit document beschrijft, zeiden ze.

Wat meer is, zei Thompson, dit onderzoek bewijst niet dat er geen causale asymmetrie is ergens in het universum. Zij en haar collega's hebben laten zien dat er geen asymmetrie is in een handvol systemen. Maar het is mogelijk, zei ze, dat er enkele zeer kale kwantummodellen zijn waar een zekere causale asymmetrie naar voren komt.

"Ik ben op dat punt agnostisch", zei ze.

Voor nu.

De volgende stap voor dit onderzoek, zei ze, is om die vraag te beantwoorden - om erachter te komen of causale asymmetrie bestaat in kwantummodellen.

Dit artikel bewijst niet dat tijd niet bestaat, of dat we er ooit in staat zijn er achterwaarts doorheen te glippen.Maar het lijkt erop te wijzen dat een van de belangrijkste bouwstenen van ons begrip van tijd, oorzaak en gevolg, niet altijd werkt zoals wetenschappers al lang dachten - en misschien helemaal niet zou werken. Wat dat betekent voor de vorm van de tijd, en voor de rest van ons, is nog steeds een open vraag.

Het echte praktische voordeel van dit werk, zei ze, is dat quantumcomputers op die manier in staat zijn om gemakkelijk simulaties van dingen (zoals het weer) in beide richtingen door de tijd heen te laten lopen, zonder serieuze problemen. Dat zou een zeewisseling zijn van de huidige wereld van klassiek modelleren.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Week 5.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com