Как квантовый компьютер различил стрелу времени экспресс

Фильм о разбитой чашке, прокрученный назад, выглядит абсурдно: осколки не собираются сами в целое. Это интуитивное ощущение необратимости связано с ростом энтропии — меры беспорядка в системе. Второе начало термодинамики утверждает: энтропия изолированной системы не убывает, задавая направление времени из прошлого в будущее. Однако фундаментальные уравнения квантовой механики симметричны во времени — прошлое и будущее в них формально равноправны. Как же из этой микроскопической симметрии рождается макроскопическая стрела времени?

Чтобы приблизиться к ответу, учёные задействовали квантовый процессор на основе углеродного алмаза, содержащий десять кубитов — квантовых аналогов классических битов, способных находиться в суперпозиции состояний. На этом устройстве запускали процессы, имитирующие переток тепла от горячей области к холодной, и их обратные копии. В ходе эволюции вносились квантовые измерения, которые неизбежно заставляли энтропию расти, внося необратимость. Полученные данные — своего рода «следы» эволюции — передали нейросети.

Без каких-либо явных подсказок о направлении времени нейросеть научилась отличать прямое движение тепла от обратного с точностью 92%. Она словно выхватывала из квантового шума тонкие статистические признаки необратимости, скрытые в измерениях. Это напоминает ситуацию, когда по едва заметной ряби на воде можно определить, в какую сторону двигалась лодка, даже не видя её саму.

Это не просто интеллектуальное упражнение. Умение распознавать стрелу времени в квантовых системах может приблизить создание микроскопических тепловых двигателей и помочь понять, как из симметричных законов физики возникает наш необратимый макроскопический мир. Примечательно, что использованный алмазный процессор функционировал при комнатной температуре — редкое качество для квантовых устройств, обычно требующих экстремального охлаждения.