Det er fascinerende at se en video, der bliver spolet tilbage. Mel, som før lå spredt på gulvet, suges pludselig op og tilbage i posen igen. Vand, der fylder et vandglas, bliver pludselig transporteret gennem luften og tilbage i et andet glas.
Og selvom det umiddelbart virker umuligt at gå tilbage i tiden i andre sammenhænge end på video, er det netop, hvad russiske, schweiziske og amerikanske forskere har opnået i et nyt studie, der er udgivet i tidsskriftet Scientific Reports.
De har nemlig fundet en måde at skrue tiden i en kvantecomputer en brøkdel af et sekund tilbage. En opdagelse, der bryder med vores hidtidige forståelse af tid.
»Studiet præsenterer en interessant måde, hvorpå man kan få tiden til at gå baglæns i en simulering af, hvad der sker i naturen,« forklarer Anders Søndberg Sørensen, der er professor i kvanteoptik på Niels Bohr Institutet.
Han har læst forskernes pressemeddelelse og mener, at studiet virker solidt, men dog ikke banebrydende. Han bakkes op af en anden dansk forsker på området. Det vender vi tilbage til.
LÆS OGSÅ: Nu kan alle få adgang til en kvantecomputer
Bryder med tidspilen og den 2. termodynamiske-lov
Først skal vi have slået nogle fysiske love på plads. Inden for fysikkens verden arbejder man nemlig med et tidsprincip kaldet tidspilen (arrow of time).
Loven går ud på, at et tidsligt forløb går fra nutid til fremtid, det vil sige i en fortløbende proces.
Denne forståelse understøttes også af den såkaldte 2. termodynamiske lov, der handler om, at ting, der er varme – eksempelvis en kop kaffe – bliver koldere, i takt med at tiden går, og energien spredes og forlader kaffen.
Men i det nye studie har forskerne udarbejdet en model og en matematisk algoritme, der viser den modsatte tidslighed – det, der sker, lige før man eksempelvis taber en bold på jorden.
»Vi har skabt et kunstigt stadie, der udvikles i en retning, der er modsat tidspilen og den termodynamiske lov,« forklarer Gordley Lesovik, der er fysiker og leder af Laboratory of Physics of Quantum Technology på University of Moscow, i en pressemeddelelse.
I denne sammenhæng er det vigtigt at forstå, at der er tale om en simulering af et tidsforløb, pointerer Anders Søndberg Sørensen.
I virkelighedens verden vil du for eksempel aldrig kunne smadre et glas og spole tiden tilbage og få præcis den samme situation gentaget:
»Det er totalt usandsynligt, at alle atomerne i glasset flyver lige præcis den modsatte vej af, hvad de oprindeligt gjorde. Anderledes er det, når fysikere laver en computersimulering af verden. Når man simulerer systemer, som ikke er alt for komplicerede, kan man vende tiden om, så vi kommer tilbage til start igen,« siger han.
LÆS OGSÅ: Forskere planlægger kvantecomputer så stor som to fodboldbaner
Fire stadier i den bagvendte tidsproces
Og det er netop, hvad forskerne har gjort. De har udviklet en algoritme og et system, der tillader dem at observere atomer (kaldet kvanteenheder) i forskellige stadier og gå tilbage i tiden gennem en kvantecomputer.
Algoritmen er bygget op af følgende fire stadier.
- Første Stadie: Orden
Hver kvanteenhed starter på et grundstadie, der kaldes nul. Stadiet svarer til en række billardkugler på et pool-bord, lige før de bliver sluppet ud på bordet.
- Andet stadie: Spredning
Dette stadie defineres ved et tab af orden. Forestil dig, at billardkuglerne er sluppet løs og nu ruller rundt på pool-bordet i forskellige komplekse mønstre, der hele tiden ændrer sig i takt med bevægelsen. På kvantecomputeren opnås dette stadie ved et tidsudviklingsprogram, som hele tiden beregner, hvor kuglerne flyver hen.
- Tredje stadie: Tiden skrues tilbage
Et særligt program ændrer stadiet i kvantecomputeren på en måde, så den kan udvikle sig baglæns – fra kaos henimod orden, i stedet for omvendt.
- Fjerde stadie: Regenerering
Tidsudviklingsprogrammet fra andet stadie bliver startet igen og resulterer ikke i mere kaos, men derimod tilbagetrækker programmet kvanteenhedernes stadie til fortiden – helt præcist en brøkdel af et sekund tilbage i tiden.
»Processen virker kun, fordi forskerne ved, hvad de prøver at simulere. Derfor kan de lave en præcis udregning, der vender atomernes hastighed og får tiden til at gå baglæns – og dermed fører billardkuglerne tilbage til deres oprindelige position,« forklarer Anders Søndberg Sørensen.
Metoden er ikke banebrydende, men kan forfine kvantecomputere
Forskerne kunne med stor succes gennemføre en række forsøg, hvor de kørte tiden baglæns.
Hele 85 procent af kvanteenhederne kom tilbage til deres oprindelige stadie, skriver de pressemeddelelsen.
Netop derfor kan metoden med at gå tilbage i tiden faktisk være gavnlig for udviklingen af kvantecomputere, der kan gøres mere præcise med erfaringerne fra dette eksperiment.
»Hvis vi kan få kvantecomputere til at fungere mere optimalt, kan det have store perspektiver for fremtiden. Vi vil måske bedre kunne forstå kemiske reaktioner og dermed forbedre, hvordan vi producerer produkter, vi bruger i hverdagen,« forklarer Anders Søndberg Sørensen og tilføjer:
»Og hvis vi bliver bedre til at beregne kemiske egenskaber i molekyler, kan det måske gøre os i stand til at udvikle nye former for medicin.«
Dog mener Anders Søndberg Sørensen ikke, at forskningen er udtryk for en stort »gennembrud« inden for kvantemekanik. Han møder enighed hos en anden dansk forsker på feltet:
»Metodemæssigt er det ikke banebrydende. Vi bruger den allerede til præcisions-astronomi for at reducere effekten af sitren i atmosfæren,« siger Bjarne Andresen, der er lektor, dr. scient, på Institut for Fasstof Fysik på Niels Bohr Institutet, der dog anerkender, at det nye studie er teknologisk interessant.
LÆS OGSÅ: Gennembrud: Er IBM’s nye kvantecomputer alle andre computere overlegen?
LÆS OGSÅ: Nu kan fysikere slå kvanteknuder
