Một kỹ thuật mới cho điện toán lượng tử có thể phá vỡ toàn bộ mô hình của chúng ta về cách thời gian di chuyển trong vũ trụ.
Đây là những gì dường như là đúng: Thời gian hoạt động theo một hướng. Hướng khác? Không nhiều lắm.
Điều đó đúng trong cuộc sống. (Thứ ba lăn vào thứ Tư, 2018 đến 2019, tuổi trẻ đến tuổi già.) Và điều đó đúng trong một máy tính cổ điển. Điều đó nghĩa là gì? Sẽ dễ dàng hơn nhiều cho một chút phần mềm chạy trên máy tính xách tay của bạn để dự đoán một hệ thống phức tạp sẽ di chuyển và phát triển như thế nào trong tương lai so với việc tái tạo lại quá khứ của nó. Một tính chất của vũ trụ mà các nhà lý thuyết gọi là "sự bất đối xứng nguyên nhân" đòi hỏi nó cần nhiều thông tin hơn - và các tính toán phức tạp hơn nhiều - để di chuyển theo một hướng xuyên thời gian hơn là di chuyển theo hướng khác. (Thực tế mà nói, đi về phía trước trong thời gian dễ dàng hơn.)
Điều này có hậu quả thực tế. Các nhà khí tượng học có thể làm một công việc khá hợp lý để dự đoán liệu trời sẽ mưa trong năm ngày dựa trên dữ liệu radar thời tiết ngày nay. Nhưng hãy hỏi các nhà khí tượng học tương tự để tìm hiểu xem liệu trời đã mưa năm ngày trước bằng cách sử dụng hình ảnh radar ngày nay? Đó là một nhiệm vụ khó khăn hơn nhiều, đòi hỏi nhiều dữ liệu hơn và máy tính lớn hơn nhiều.
Các nhà lý thuyết thông tin nghi ngờ trong một thời gian dài rằng sự bất cân xứng nguyên nhân có thể là một tính năng cơ bản của vũ trụ. Ngay từ năm 1927, nhà vật lý Arthur Eddington đã lập luận rằng sự bất cân xứng này là lý do chúng ta chỉ tiến lên theo thời gian và không bao giờ lùi bước. Nếu bạn hiểu vũ trụ như một chiếc máy tính khổng lồ liên tục tính toán theo thời gian, nó sẽ luôn dễ dàng hơn - ít tốn tài nguyên hơn - để mọi thứ tiến về phía trước (nguyên nhân, sau đó là hiệu ứng) so với lạc hậu (hiệu ứng, sau đó gây ra). Ý tưởng này được gọi là "mũi tên thời gian".
Nhưng một bài báo mới, được xuất bản vào ngày 18 tháng 7 trên tạp chí Phys Review X, mở ra khả năng rằng mũi tên đó là một tạo tác của tính toán theo phong cách cổ điển - thứ gì đó chỉ xuất hiện trong trường hợp của chúng tôi là do các công cụ hạn chế của chúng tôi.
Một nhóm các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng trong một số trường hợp, sự bất cân xứng nguyên nhân biến mất bên trong các máy tính lượng tử, tính toán theo một cách hoàn toàn khác - Không giống như các máy tính cổ điển trong đó thông tin được lưu trữ ở một trong hai trạng thái (1 hoặc 0), với máy tính lượng tử, thông tin được lưu trữ trong các hạt hạ nguyên tử tuân theo một số quy tắc kỳ quái và do đó mỗi hạt có thể ở nhiều trạng thái cùng một lúc. Và, thậm chí hấp dẫn hơn, bài báo của họ chỉ ra hướng nghiên cứu trong tương lai có thể cho thấy sự bất cân xứng nhân quả không thực sự tồn tại trong vũ trụ.
Thế nào
Hệ thống rất trật tự và rất ngẫu nhiên rất dễ dự đoán. (Nghĩ về một con lắc - ra lệnh - hoặc một đám mây khí lấp đầy căn phòng - bị rối loạn.) Trong bài báo này, các nhà nghiên cứu đã xem xét các hệ thống vật lý có mức độ rối loạn và ngẫu nhiên của goldilocks - không quá ít và không quá nhiều. (Vì vậy, một cái gì đó giống như một hệ thống thời tiết đang phát triển.) Những máy tính này rất khó hiểu, đồng tác giả nghiên cứu Jayne Thompson, một nhà lý thuyết và nhà vật lý phức tạp nghiên cứu thông tin lượng tử tại Đại học Quốc gia Singapore cho biết.
Tiếp theo, họ đã cố gắng tìm ra quá khứ và tương lai của các hệ thống đó bằng máy tính lượng tử lý thuyết (không có máy tính vật lý nào tham gia). Những mô hình máy tính lượng tử này không chỉ sử dụng ít bộ nhớ hơn các mô hình máy tính cổ điển, cô nói, chúng còn có thể chạy theo cả hai hướng mà không cần sử dụng thêm bộ nhớ. Nói cách khác, mô hình lượng tử không có sự bất đối xứng nguyên nhân.
"Trong khi về mặt kinh điển, quá trình có thể không thể đi theo một trong những hướng", Thompson nói với Live Science, "kết quả của chúng tôi cho thấy 'lượng tử cơ học', quá trình có thể đi theo một hướng sử dụng rất ít bộ nhớ."
Và nếu điều đó đúng trong một máy tính lượng tử, thì đó là sự thật trong vũ trụ, cô nói.
Vật lý lượng tử là nghiên cứu về các hành vi xác suất kỳ lạ của các hạt rất nhỏ - tất cả các hạt rất nhỏ trong vũ trụ. Và nếu vật lý lượng tử là đúng với tất cả các mảnh tạo nên vũ trụ, thì nó cũng đúng với chính vũ trụ, ngay cả khi một số hiệu ứng kỳ lạ của nó không phải lúc nào cũng rõ ràng đối với chúng ta. Vì vậy, nếu một máy tính lượng tử có thể hoạt động mà không có sự bất đối xứng nhân quả, thì vũ trụ cũng vậy.
Tất nhiên, nhìn thấy một loạt bằng chứng về việc máy tính lượng tử một ngày nào đó sẽ hoạt động không giống như nhìn thấy hiệu ứng trong thế giới thực. Nhưng chúng ta vẫn còn một chặng đường dài từ các máy tính lượng tử đủ tiến bộ để chạy loại mô hình mà bài báo này mô tả, họ nói.
Hơn nữa, Thompson nói, nghiên cứu này không chứng minh rằng không có bất kỳ sự bất cân xứng nhân quả nào ở bất cứ đâu trong vũ trụ. Cô và các đồng nghiệp cho thấy không có sự bất cân xứng trong một số ít các hệ thống. Nhưng điều đó là có thể, cô nói, có một số mô hình lượng tử rất trần mà xuất hiện một số bất đối xứng nguyên nhân.
"Tôi không biết về điểm đó," cô nói.
Để bây giờ.
Bước tiếp theo cho nghiên cứu này, cô nói, là trả lời câu hỏi đó - để tìm hiểu xem sự bất cân xứng nguyên nhân có tồn tại trong bất kỳ mô hình lượng tử nào không.
Bài viết này không chứng minh rằng thời gian không tồn tại, hoặc một ngày nào đó chúng ta sẽ có thể trượt ngược qua nó. Nhưng dường như cho thấy rằng một trong những khối xây dựng chính của sự hiểu biết về thời gian, nguyên nhân và kết quả của chúng ta, không phải lúc nào cũng hoạt động theo cách mà các nhà khoa học đã giả định từ lâu - và có thể không hoạt động theo cách đó. Điều đó có nghĩa gì đối với hình dạng của thời gian và đối với phần còn lại của chúng ta, vẫn là một câu hỏi mở.
Lợi ích thực tế thực sự của công việc này, cô nói, đó là cách máy tính lượng tử đi xuống có thể dễ dàng chạy mô phỏng mọi thứ (như thời tiết) theo cả hai hướng, mà không gặp khó khăn nghiêm trọng. Đó sẽ là một sự thay đổi biển từ thế giới mô hình cổ điển hiện tại.
