Scientists used IBM’s quantum computer to reverse time, possibly breaking a law of physics.

The universe is getting messy. Like a glass shattering to pieces or a single wave crashing onto the shore, the universe’s messiness can only move in one direction – toward more chaos and disorder. But scientists think that, at least for a single electron or the simplest quantum computer, they may be able to turn back time, and restore order to chaos. This doesn’t mean we’ll be visiting with dinosaurs or Napoleon any time soon, but for physicists, the idea that time can run backward at all is still a pretty big deal.

Normally, the universe’s trend toward disorder is a fundamental law: the second law of thermodynamics. It says more formally that any system can only move from more to less ordered, and that the chaos or disorder of a system – its entropy – can never decrease. But an international team of scientists led by researchers at the Moscow Institute of Physics and Technology think they may have discovered a loophole.

Computing power

For their experiment, the scientists used IBM‘s simple public quantum computer program, which uses two qubits – two units that, like a regular computer bit, can be a one or a zero. But unlike regular computer bits, qubits can also take a form called superposition, where they are both one and zero at the same time. In this way, they follow the laws of quantum mechanics, which are less clear-cut than the classical world humans inhabit.

The scientists set up the computer so that both qubits are zeros. According to quantum laws, the simple passage of time will cause the computer to fall out of this order, so that the qubits are soon in a random assortment of ones, zeros, or both. But scientists can also cause this to happen by running a program on their simple, 2-qubit computer.

The scientists then ran a different program, which tells the computer to run “backward.” They then ran the first program again, and were able to recover their original, zero-zero state about 85 percent of the time. They published their results March 13 in Scientific Reports.

The tricky part of the program is telling the computer to run backward, effectively making time run backward. Scientists investigated this “in the wild,” by isolating a single electron and calculating how long it would take for random perturbations in the universe to cause such an effect. They found that even if they studied 10 billion electrons every second, it would take the lifetime of the universe for such a phenomenon to happen just one time.

That’s why you’ll never drop a handful of glass shards and see them leap together to form an unbroken mirror, while a dropped mirror will almost always splinter into many pieces. The system will always tend toward disorder.

But by forcing order to rise from disorder with a quantum computer program, scientists may have found a way around this basic physical law.

Oamenii de știință spun că este posibil să fi reușit să întoarcă timpul folosind un program computerizat cuantic. (foto)

Universul devine tot mai dezordonat. Ca un pahar spulberat în bucăți sau valul care se prăbușește pe țărm,  universe’s messiness can only move in one direction– spre mai mult haos și dezordine. Dar oamenii de știință consideră că, cel puțin în cazul unui singur electron, sau cel mai simplu computer cuantic, pot fi capabili să întoarcă timpul înapoi și să restabilească ordinea în haos. Acest lucru nu înseamnă că vom vizita în curând dinozaurii sau pe Napoleon, dar pentru fizicieni, ideea că timpul chiar poate rula înapoi ar fi o chestie extraordinară.

În mod normal, tendința universului spre dezordine este o lege fundamentală: a doua lege a termodinamicii. Acesta spune mai formal că orice sistem nu poate trece decât de la mai mult la mai puțin ordonat și că haosul sau dezordinea unui sistem – entropia sa – nu poate scădea niciodată. Dar o echipă internațională de oameni de știință conduși de cercetătorii de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova cred că poate au descoperit o lacună.

Puterea de calcul

Pentru experimentul lor, oamenii de știință au utilizat un simplu program public  de calcul  cuantic al  IBM‘s,  which uses two qubits – două unități care, ca într-un computer obișnuit, pot fi unul sau un zero. Dar, spre deosebire de cele obișnuite, calculatoarele cuantice pot, de asemenea, să ia o formă numită superpoziție, unde sunt atât unul cât și zero în același timp. În acest fel, ele se ghidează după legile mecanicii cuantice, care sunt mai puțin clare decât cele cu care suntem obișnuiți.

Oamenii de știință au creat computerul astfel încât ambii biți sunt zero. Conform legilor cuantice, trecerea simplă a timpului va face ca și computerul să modifice această ordine, astfel încât perechile  take a form called superposition, fiind unu, zero sau ambele. Dar oamenii de știință pot simula, de asemenea, acest lucru prin rularea unui program pe computerul lor simplu, cu 2-Qubit.

Apoi, oamenii de știință au derulat un program diferit, care spune computerului să ruleze „înapoi”. Au rulat primul program din nou și au putut recupera starea inițială, zero cu aproximativ 85% din timp. Și-au publicat rezultatele pe 13 martie în Scientific Reports.

Partea complicată a programului este de a spune computerul să ruleze înapoi, făcând efectiv timpul să curgă înapoi. Oamenii de știință au investigat aceasta „în sălbăticie”, izolând un singur electron și calculând cât timp va dura ca dezordinile aleatorii din univers să provoace un astfel de efect. Ei au descoperit că, chiar dacă ar studia 10 miliarde de electroni în fiecare secundă, tot va dura cât viața universului pentru ca un astfel de fenomen să se întâmple o singură dată.

Acesta este motivul pentru care nu veți vedea niciodată cum oglinda spartă se va reconstitui singură în fața dumneavoastră. Sistemul va tinde întotdeauna spre dezordine.

Dar forțând ordinea să se ridice din dezordine, cu un program computerizat cuantic, oamenii de știință au putut găsi o cale de a ocoli această lege fizice de bază.

***