Κβαντικές μπαταρίες θα μπορούσαν να φορτιστούν αντιστρέφοντας τον χρόνο
Μια μέθοδος που μπορεί να αντιστρέψει τη ροή του χρόνου σε κβαντικά συστήματα θα μπορούσε μια μέρα να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση κβαντικών μπαταριών.
Για κάθε διαδικασία που παρατηρούμε στο σύμπαν, τα γεγονότα φαίνεται να συμβαίνουν μόνο προς μία κατεύθυνση, ακολουθώντας ένα εμφανές βέλος του χρόνου. Όμως, οι περισσότεροι φυσικοί νόμοι και εξισώσεις λειτουργούν είτε ο χρόνος ρέει προς τα εμπρός είτε προς τα πίσω.
Οι φυσικοί έχουν διαφορετικές εξηγήσεις για το γιατί υπάρχει μια ασυμφωνία μεταξύ του παρατηρούμενου βέλους του χρόνου προς τα εμπρός και της επιτρεπόμενης αμφίδρομης ροής. Για παράδειγμα, ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής λέει ότι τα συστήματα είναι πιο πιθανό να γίνουν ατακτοποίητα με την πάροδο του χρόνου, δημιουργώντας μια προτιμώμενη κατεύθυνση χρόνου.
Στον κβαντικό κόσμο, το βέλος του χρόνου ορίζεται διαφορετικά. Οι κβαντικές διαδικασίες, όπως και οι κλασικοί φυσικοί νόμοι, μπορούν να εκτελούνται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, αλλά μπορούμε να ορίσουμε ένα βέλος του χρόνου συγκρίνοντας τις μετρήσεις μας ενός κβαντικού συστήματος με τους υπολογισμούς μας για το πώς ένα κβαντικό σύστημα θα έπρεπε να αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Όταν αυτά ευθυγραμμίζονται με ένα συγκεκριμένο στατιστικό μοτίβο, μπορούμε να πούμε ότι το σύστημα κινείται προς τα εμπρός στον χρόνο.
Τώρα, ο Luis Pedro García-Pintos στο Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos στο Νέο Μεξικό και οι συνεργάτες του βρήκαν έναν τρόπο να μιμηθούν αυτήν την στατιστική υπογραφή, αναστρέφοντας τις αλλαγές που κάνουν οι μετρήσεις σε ένα κβαντικό σύστημα και ουσιαστικά αναιρώντας τις, κάνοντας να φαίνεται σε έναν παρατηρητή σαν ένα κβαντικό σύστημα να τρέχει προς τα πίσω στον χρόνο.
“Εφαρμόζουμε πεδία και εργαλεία ελέγχου στο σύστημα που μπορούν να αναιρέσουν αυτό που συμβαίνει λόγω των μετρήσεων”, λέει ο García-Pintos. “Αν η μέτρηση θα ωθούσε το σύστημά μου προς τα πάνω, μπορώ να το κάνω να πάει πίσω. Επειδή μπορούμε να αντισταθμίσουμε τις αποτελεσματικές μετρήσεις, μπορούμε να παράγουμε τροχιές που είναι πιο συμβατές με τη διαδικασία να έχει κινηθεί προς τα πίσω παρά προς τα εμπρός.”
Για παράδειγμα, η ομάδα προτείνει ότι θα μπορούσατε να χειριστείτε το βέλος του χρόνου σε ένα qubit, το υπολογιστικό στοιχείο ενός κβαντικού υπολογιστή, μετρώντας μία από τις ιδιότητές του, όπως το spin του, αλλά με έμμεσο τρόπο για να αποφύγετε την αναστάτωση της ευαίσθητης κβαντικής κατάστασης του qubit, επιτρέποντάς του να μετράται συνεχώς καθώς αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Αυτό το σήμα μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για να υπολογιστεί πώς να αλλάξετε την εμφάνιση του βέλους του χρόνου, εφαρμόζοντας ένα παλμό μικροκυματικής ακτινοβολίας.
Η τεχνική θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει την ανάκτηση ενέργειας από κβαντικά συστήματα όπου πρέπει να γίνουν μετρήσεις, λέει ο García-Pintos, κάτι που θα μπορούσε μια μέρα να είναι χρήσιμο για εφαρμογές όπως οι κβαντικές μπαταρίες ή οι μικροσκοπικοί κβαντικοί κινητήρες. Αυτό συμβαίνει επειδή όποτε γίνεται μια μέτρηση σε ένα κβαντικό σύστημα, εισάγει ενέργεια σε αυτό το σύστημα.
Όμως, οι προσεκτικές ρυθμίσεις που γίνονται για να μιμηθούν το μεταβαλλόμενο κβαντικό βέλος του χρόνου μπορούν αποτελεσματικά να επαναπροσανατολίσουν αυτήν την ενέργεια, ανακτώντας την για άλλες χρήσεις. “Ως αποτέλεσμα, παίρνετε ενέργεια από αυτό”, λέει ο García-Pintos. “Έχετε έναν μηχανισμό όπου χρησιμοποιείτε μετρήσεις ως θερμοδυναμικό πόρο.”
Είναι μια έξυπνη ιδέα, λέει ο Mauro Paternostro στο Πανεπιστήμιο Queen’s Belfast, Ηνωμένο Βασίλειο, αλλά η προτεινόμενη διάταξη είναι συγκεκριμένη και μηχανικά σχεδιασμένη με τρόπο που δεν θα ισχύει για πολλά πραγματικά κβαντικά συστήματα.
Είναι επίσης σημαντικό να κατανοήσουμε ότι δεν παραβιάζει τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, λέει ο Paternostro, επειδή πρέπει να δαπανήσετε ενέργεια για να μειώσετε την αταξία του συστήματος. “Όταν μπαίνω στο δωμάτιο του γιου μου, είναι ένα χάος: μπάλες εδώ και εκεί, ρούχα σκορπισμένα σε όλο το δωμάτιο. Αν δουλέψω, το καθαρίζω και τακτοποιώ τα πράγματα, αυτό θα μειώσει την αταξία σε αυτό το δωμάτιο, αλλά έπρεπε να ξοδέψω κάποια ενέργεια”, λέει. “Αυτό ακριβώς δείχνουν με τον εξωτερικό μηχανισμό ελέγχου τους.”