كيف ميّز الحاسوب الكمومي سهم الزمن سريع

فيلم عن فنجان مكسور يُعرض بالعكس يبدو سخيفًا: فالقطع لا تتجمع من تلقاء نفسها لتكوّن الكل. هذا الإحساس البديهي باللارجعة مرتبط بزيادة الإنتروبيا — مقياس الفوضى في النظام[/tag]. ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الإنتروبيا لنظام معزول لا تتناقص، مما يحدد اتجاه الزمن من الماضي إلى المستقبل. ومع ذلك، فإن المعادلات الأساسية لميكانيكا الكم متناظرة في الزمن — فالماضي والمستقبل متكافئان رسميًا فيها. فكيف ينبثق من هذا التناظر المجهري سهم زمن عياني؟

للتقرب من الإجابة، استخدم العلماء معالجًا كموميًا قائمًا على الكربون الألماسي، يحتوي على عشرة كيوبتات — وهي نظائر كمومية للبتات التقليدية، قادرة على التواجد في تراكب من الحالات. على هذا الجهاز، شغّلوا عمليات تحاكي تدفق الحرارة من المنطقة الساخنة إلى الباردة، ونسخها العكسية. أثناء التطور، أُدخلت قياسات كمومية أجبرت الإنتروبيا حتمًا على الزيادة، مما أدخل اللارجعة. البيانات الناتجة — وهي نوع من «آثار» التطور — أُرسلت إلى شبكة عصبية.

بدون أي تلميحات صريحة حول اتجاه الزمن، تعلمت الشبكة العصبية التمييز بين الحركة الأمامية للحرارة وعكسها بدقة 92%. وكأنها تلتقط من الضجيج الكمومي علامات إحصائية دقيقة للارجعة مخبأة في القياسات. هذا يشبه الموقف عندما يمكنك تحديد الاتجاه الذي تحركت فيه سفينة من تموجات بالكاد مرئية على الماء، دون رؤيتها نفسها.

هذا ليس مجرد تمرين فكري. القدرة على التعرف على سهم الزمن في الأنظمة الكمومية قد تقربنا من إنشاء محركات حرارية مجهرية وتساعدنا على فهم كيف ينشأ عالمنا العياني اللارجع من قوانين فيزيائية متناظرة. الجدير بالذكر أن المعالج الألماسي المستخدم عمل في درجة حرارة الغرفة — وهي صفة نادرة للأجهزة الكمومية التي تتطلب عادةً تبريدًا شديدًا.