Fyzici se dlouho potýkali s tajemstvím „šipky času“ – pozorováním, že v našem každodenním životě se čas pohybuje pouze jedním směrem: z minulosti do budoucnosti. Ačkoli klasická fyzika naznačuje, že většina zákonů by měla fungovat stejně dobře dopředu i dozadu, druhý termodynamický zákon diktuje, že systémy přirozeně tíhnou k neuspořádanosti (entropii), čímž vzniká jednosměrná cesta pro čas.
V oblasti kvantové mechaniky se však pravidla hry mění. Nový výzkum ukazuje, že manipulací s kvantovými systémy mohou vědci efektivně „rozvinout“ statistický otisk času a potenciálně proměnit samotný proces měření ve zdroj energie pro kvantové baterie.
Simulace zvratu času v kvantovém světě
V kvantovém systému se směr času neměří hodinami, ale porovnáním fyzikálních měření s matematickými předpověďmi. Když se tato měření řídí určitým statistickým vzorem, definujeme systém jako pohyb „vpřed“.
Vědci z Los Alamos National Laboratory pod vedením Luise Pedra García-Pintose vyvinuli metodu, jak tento vzorec zvrátit. Pomocí přesných kontrolních nástrojů mohou čelit změnám, ke kterým dochází během měření.
„Pokud by měření posunulo můj systém nahoru, mohu ho silou vrátit dolů,“ vysvětluje Garcia-Pintos. “Potlačením účinných měření můžeme vytvořit trajektorie, které jsou konzistentnější s procesem jdoucím zpět než dopředu.”
V podstatě se tým nevydává doslova na cestu zpět v čase; spíše navrhují evoluci systému obráceně tak, aby se choval, jako by proces šel pozpátku.
Od měření po získávání energie
Tento průlom má obrovské důsledky pro vývoj kvantových baterií a miniaturních kvantových motorů. Ve standardní kvantové mechanice samotný akt měření systému – například testování rotace qubitu – vstřikuje energii do tohoto systému. Obvykle je tato energie považována za vedlejší účinek nebo faktor, který narušuje křehký kvantový stav.
Nová technika mění vztah mezi měřením a energií:
– Nepřímé měření: Nepřímým měřením vlastnosti mohou výzkumníci pozorovat qubit, aniž by zničili jeho křehký stav.
– Mikrovlnná manipulace: Pomocí signálů z těchto měření mohou vědci používat pulzy mikrovlnného záření k ovládání systému.
– Přesměrování energie: Namísto toho, aby se energie dimenze rozptýlila nebo vytvořila nepořádek, tato metoda ji přesměruje a efektivně využívá dimenzi jako termodynamický zdroj.
Kontrola termodynamické reality
Přestože koncept „zvratu času“ zní jako sci-fi, neporušuje základní fyzikální zákony. Odborníci poznamenávají, že tento proces zůstává přísně omezen zákony termodynamiky.
Mauro Paternostro z Queen’s University Belfast poukazuje na to, že snížení nepořádku (obrácení šipky času) vyžaduje vnější příliv energie. K vysvětlení této „ceny“ používá jednoduchou analogii:
Představte si zaneřáděný dětský pokoj. Chcete-li omezit nepořádek a zvrátit chaos, musíte do úklidu vložit úsilí a energii.
V kvantovém experimentu plní roli „čištění“ externí kontrolní mechanismus (mikrovlnné impulsy a kontrolní přístroje). Energie vynaložená na provedení revoluce je větší nebo rovna energii získané v důsledku toho, což zaručuje, že celková entropie Vesmíru se bude stále zvyšovat.
Cesta vpřed
Přestože výzkum představuje významný teoretický a experimentální skok, není zatím univerzálním řešením. Současné nastavení je extrémně specifické a navržené pro kontrolované podmínky, což znamená, že nebude snadné se přizpůsobit všem typům kvantových systémů v reálném světě.
Abych to shrnul: Vědci se naučili manipulovat se statistickým směrem kvantových procesů a našli způsob, jak přeměnit destruktivní akt měření na řízenou metodu získávání energie a připravit tak cestu pro budoucí zařízení pro ukládání kvantové energie.
