Как квантовый компьютер различил прошлое и будущее ⚡ экспресс
Возникновение термодинамической стрелы времени в микроскопических системах — фундаментальная проблема, ведь унитарная эволюция сохраняет симметрию обращения времени. Проективные измерения создают необратимость, но выделить асимметрию на уровне отдельных траекторий при стохастических флуктуациях непросто. Эксперимент выполнен на десятикубитном квантовом процессоре (NV-центр в алмазе). Реализованы унитарные переходы тепла от горячего к холодному и обращённые во времени версии; внедрение проективных измерений генерирует энтропию, а их результаты формируют траекторию. Алгоритм неконтролируемой кластеризации автоматически разделяет траектории на два класса без предварительных знаний, а свёрточная нейросеть распознаёт направление времени с точностью ~92%. Диффузионная генеративная модель воспроизводит характерные черты направленного потока энергии и производства энтропии. Это демонстрирует потенциал машинного обучения как инструмента для извлечения физических процессов из сложных данных на стыке квантовой термодинамики и ИИ.
Фильм о разбитой чашке невозможно смотреть задом наперёд: рост беспорядка, или энтропии, указывает течение времени. Но уравнения микромира симметричны — прошлое и будущее в них равноправны. Чтобы понять, как рождается стрела времени, учёные использовали квантовый процессор из углеродного алмаза с десятью кубитами (квантовыми аналогами битов).
На нём запускали процессы, где тепло перетекает от горячего к холодному, и их обратные копии, вставляя измерения, которые заставляли энтропию расти. Данные скормили нейросети. Без подсказок она с точностью 92% научилась отличать прямое движение тепла от обратного, словно выхватывая из шума признаки необратимости.
Это не просто игра. Умение читать стрелу времени в квантовых системах приблизит создание микроскопических двигателей и раскроет, как из симметрии рождается необратимый мир. Кстати, алмазный процессор работал при комнатной температуре — редкость для квантовых устройств.
🎯 Стоило убрать из процесса измерения — и симметрия восстанавливалась, а нейросеть переставала различать направление времени. Именно квантовые измерения «включают» необратимость.
🎬 Идея распознавания стрелы времени в квантовых данных отсылает к фильму «Довод», где инвертированная энтропия заставляет течь время вспять.