Ootamatu pööre: teadlased panid kvantarvutis aja tagurpidi liikuma

Nelja-kvantbitine kvantarvuti. Foto: Erik Lucero / NYT / Scanpix

Väga piiratud tingimustes tekitasid kaks kvantbitti võimaluse aeg tagasi pöörata ning kuigi ajamasinat sellest oodata ei ole, võib ajanoole ümber pööramine tuua kaasa uusi võimalusi kvantarvutites.

Aja liikumise ühesuunalisus on üks nendest elu tõsiasjadest, millega me kõik harjunud oleme. Enamgi kui surm ja maksud, on meile muutumatu tõsiasi, et me kõik jääme vanaks ning et kord juba juhtunut enam tagasi pöörata ei saa. Nüüd näitas grupp teadlasi, et väga kitsastel erijuhtudel võib see siiski võimalik olla. Teadusajakirjas Scientific Reports avaldatud teadusuuringus kirjeldavad nad katset, milles suutsid kahe elektroni tasemel seda teha, kuid juba vähegi suurema osakeste arvu puhul oleks sama tulemuse saavutamine lootusetult palju keerulisem.

Kuigi aja ühesuunalisus on meile kõigile tuttav, ei ole olemas füüsikaseadusi, mis seda otseselt välistaksid ning teatud kvantmehaanika valdkondades võib aja tagurpidi liikumise ideid kohata küll. Kvantmehaanika kirjeldamisel on kesksel kohal kaks kuulsat võrrandit. Neist esimene, Schrödingeri võrrand, kirjeldab osakese teatud alal asumise tõenäosust. Teine, Heisenbergi määramatuse printsiip, ütleb aga, et me ei saa kunagi olla kindel, kus osake asub või kuidas ta liigub, kuna kõik osakesed käituvad samaaegselt osakese ja laine moodi.

Oma katses üritasid Vene, USA ja Šveitsi teadlased saavutada olukorra, kus üks aeg pööraks kasvõi ühe osakese jaoks vaid sekundi murdosakski. Selleks lokaliseeriti elektron – tehti kindlaks, et see peab suure tõenäosusega asuma teatud ruumiosas. Mõtte-eksperimendi käigus viidi sellega läbi aja ümberpööramise operatsioon, mida sai seejärel juba matemaatiliselt läbi arvutada. Arvutuste kohaselt võib selliseid sündmusi küll juhtuda, kuid tõenäosus seda looduses juhtumas näha on kaduvväike – kui me suudaksime korraga jälgida iga kogu Universumi eluea (13,7 miljardit aastat) jooksul iga sekundi jooksul 10 miljardit lokaliseeritud elektroni, näeksime aja pöördumist tõenäoselt vaid ühe korra.

Laboritingimustes on sellise sündmuse esilekutsumine aga siiski võimalik. Kasutades selleks spetsiaalset kvantarvutit, simuleerisid nad kahe-kvantbitist elektroni ning suutsid elektroni asukoha tõenäosuskaardi algolekusse tagasipöördumist näha koguni 85 korral. Samas mida keerulisem süsteem, seda väiksemaks aja ümberpööramise tulemuslikkus muutus – näiteks kolme kvantbitiga õnnestus see vaid poolel kordadest.