Tiede

Fyysikot kertovat kääntäneensä ajan suunnan kvantti­tietokoneella

Fyysikkoryhmä halusi selvittää, onnistuisivatko he tekemään hiukkasilla jotain, mikä vastaisi sitä, että hajalleen sinkoutuneet biljardipallot keräytyisivät takaisin kolmioksi.

Aikaa ei voi kääntää kulkemaan takaisin menneisyyteen.

Näin sanoo arkijärki ja näin sanoo fysiikka. Nyt kuitenkin viiden fyysikon ryhmä Moskovan yliopistosta, sveitsiläisestä ETH:n teknillisestä yliopistosta ja Yhdysvaltain kansallisesta energiantutkimuslaitoksesta Argonnesta sanoo kääntäneensä ajan suunnan.

Ajan suunnan fysiikassa määrää termodynamiikan toinen pääsääntö. Sen mukaan eristetty järjestelmä muuttuu kohti suurempaan epäjärjestystä.

Päinvastainen muutos eli palautuminen takaisin epäjärjestyksestä järjestykseen vaatisi järjestelmän ulkopuolista voimaa.

Tämä termodynamiikan laki selittää, miksi kuulan hajottama biljardipallojen kolmiomuodostelma ei itsestään palaudu takaisin kolmioksi, veteen liuennut tee ei vetäydy takaisin teepussiin tai tulivuoren purkaus peruuta takaisin maan uumeniin.

Tällaisia tapahtumia emme näe, koska ne vaatisivat eristetyn järjestelmän palautumista takaisin järjestyneeseen tilaan ilman ulkopuolista asioihin puuttumista. Siksi näemme niitä vain takaperin esitetyissä filminpätkissä.

Fyysikkoryhmä halusi selvittää, onnistuisivatko he tekemään hiukkasilla jotain, mikä vastaisi sitä, että hajalleen sinkoutuneet biljardipallot keräytyisivät takaisin kolmioksi.

He keskittivät huomionsa yksittäiseen elektronihiukkaseen. Kvanttimekaniikan mukaan emme voi paikantaa elektronin sijaintia täsmällisesti.

”Voimme hahmottaa pienen alueen, jonne elektroni on sijoittunut”, selittää tiedotteessa fyysikko Andrei Lebedev Moskovan yliopistosta ja ETH:sta.

Hiukkasen liikkeitä kuvataan kvanttimekaniikassa niin sanotulla Schrödingerin yhtälöllä. Sen mukaan elektronin sijaintipaikan epävarmuus kasvaa hyvin nopeasti.

Tätä sijainnin lisääntyvää epävarmuutta vastaa biljardipöydän mittakaavassa pallojen hajaantuminen.

Schrödingerin yhtälössä muutoksen suunta on kuitenkin käännettävissä. Toisin sanoen elektronin hajaantunut sijainti on mahdollista palauttaa takaisin edeltävään tilaansa.

Palautumista ei ole havaittu luonnossa, mutta se on teoreettisesti mahdollinen. Nyt fyysikkoryhmä laski ilmiön esiintymisen todennäköisyyden.

Tapahtuma on huimaavan epätodennäköinen. Tiedotteessa sitä kuvataan näin: jos käyttäisi koko maailmankaikkeuden ajan tarkkailemalla kymmentä miljardia elektronia joka sekunti, hiukkasen palautuminen edelliseen tilaansa tapahtuisi vain kerran.

Suuremman tason ilmiöissä kuten teekupissa tai biljardipöydällä pelissä on suunnaton määrä elektroneja, joten ei ihme, että takaperoista tapahtumista ei nähdä.

Vaikka luonto ei peruuta, kvanttitietokoneella tutkijat onnistuivat siinä.

He tarkastelivat kvanttitietokoneen kubittien tilaa. Kubitit vastaavat tavallisen tietokoneen bittejä mutta niin sanotun superposition ansiosta ne ovat kahdessa eri tilassa yhtä aikaa.

Kun kvanttitietokone toimii, kubitin epäjärjestys kasvaa ja sen tilasta tulee yhä monimutkaisempi. Tämä vastaa fyysikkojen mukaan sitä, että elektronin sijainti hajaantuu.

Peruutus saadaan aikaan tietyllä ohjelmalla. Se muuttaa kvanttitietokoneen tilaa niin, että kubitti kehittyy takaisin kaoottisesta tilasta alkuperäiseen tilaansa.

Paluun käynnistävä tietokoneohjelma on kuin tarkoin suunniteltu potku biljardipöytään, niin että pallot kierivät takaisin kolmion muotoon.

Kahden kubitin tietokoneessa peruutus alkutilaan onnistui 85 prosentissa tapauksista. Kun kubitteja oli kolme, virheet lisääntyivät ja onnistumisprosentti laski 50:een.

Tutkijoiden mukaan virheet johtuvat kvanttitietokoneen epätäydellisyydestä. Koneiden parantuessa peruuttaminenkin tarkentuu.

Tutkijat uskovat, että heidän peruutusohjelmansa voi auttaa tekemään kvanttitietokoneista tarkempia.

Tutkimuksen julkaisi Scientific Reports.

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    • Juuri nyt
    • Päivä
    • Viikko
    1. 1

      Uutuusdokumentti sai ihmiset kaduille Ruotsissa: 47-vuotiaana traagisesti kuolleen Josefin Nilssonin kohtalo kuohuttaa

    2. 2

      Annalla on unelmiensa parisuhde, jonka ainut ongelma on, että mies on varattu – ”Ei se tietysti kivalta tunnu, mutta koen, että mies on vastuussa omista teoistaan”

      Tilaajille
    3. 3

      Kansan suosikki pääministeriksi on Pekka Haavisto, Antti Rinteen suosio on heikompi kuin hänen puolueensa

    4. 4

      EU hyväksyi uudet digi­tekijän­oikeudet: ”Haluaisin lyödä Googlea ja Facebookia”

    5. 5

      Suomen suosituin seksin­myynti­sivusto Sihteeri­opisto meni yllättäen kiinni netissä

    6. 6

      Tutkimus: Ihminen keksi jumalat vahtimaan moraalia, kun yhteiskunnat kasvoivat suuriksi

      Tilaajille
    7. 7

      Pettynyt Kalle Korhonen, 3, oli jo pillahtamassa itkuun, kun lähikaupan myyjät riensivät apuun

    8. 8

      Abiturientti Viivi Puskala pyöräili kaikessa rauhassa Mallorcalla, kun hänet värvättiin treenilenkin päätteeksi Luxemburgiin

    9. 9

      Asta Viertola, 35, päätyi Myyrmäkeen puolivahingossa – Länsi-Vantaalle vetävät nyt halvempi matkalippu ja edullisemmat asunnot

    10. 10

      Edes vauvamaha ei estä brittimediaa ilkeilemästä Meghan Marklelle – Entinen Hollywood-tähti joutuu käymään läpi saman prässin kuin prinsessa Diana ja moni muu

      Tilaajille
    11. Näytä lisää
    1. 1

      Kevin Spaceyn lukiolaistyttöä riisuva perheenisä kaatoi monen kupin, mutta oikeasti hittielokuva American Beautysta piti tulla paljon pahempi

      Tilaajille
    2. 2

      EU hyväksyi uudet digi­tekijän­oikeudet: ”Haluaisin lyödä Googlea ja Facebookia”

    3. 3

      ”Orpo yritti purkaa tätä hoivapommia, mutta ei siinä oikein onnistunut” – Petteri Orpo väisteli kysymystä sitovasta hoitajamitoituksesta Ylen vaalitentissä

    4. 4

      Katariina Souri on yksi näiden vaalien kuumimpia julkkisnimiä, vaikka puolueelle tuli yllätyksenä hänen tiedenäkemyksensä – lääkekritiikki ja ketodieetti

    5. 5

      ”Epäilyttävien miesten” nähtiin piilottelevan jäte­säkkejä metsään Sipoossa – Poliisi sai kiinni kansainvälisen rikollisryhmän

    6. 6

      Suomen suosituin seksin­myynti­sivusto Sihteeri­opisto meni yllättäen kiinni netissä

    7. 7

      Noroviruskausi on nyt huipussaan eikä tautiin ole lääkettä: ”Se, että juo pelkkää vettä, on väärin”, kertoo asiantuntija

    8. 8

      Pettynyt Kalle Korhonen, 3, oli jo pillahtamassa itkuun, kun lähikaupan myyjät riensivät apuun

    9. 9

      Uutuusdokumentti sai ihmiset kaduille Ruotsissa: 47-vuotiaana traagisesti kuolleen Josefin Nilssonin kohtalo kuohuttaa

    10. 10

      Antti Rinne takelteli eilen, aiheutti hämmennystä Ylen vaalitentissä silmälaseillaan ja väitti Sdp:tä nuorison suosikkipuolueeksi – tässä parhaat palat giffeinä

    11. Näytä lisää
    1. 1

      HS:n erikoisartikkeli vie Kiinan uiguuri­alueelle, missä historian käsittämättömin kontrolli­koneisto aivo­pesee ihmisiä ja ahdistelee toimittajaa joka askeleella

      Tilaajille
    2. 2

      Keskellä suomalaista metsää on pieni mökki, josta aukeaa näkymä ihmis­kunnan kohtaloon – Tässä on hiili­nielu, mutta onko siitä planeetan pelastajaksi?

      Tilaajille
    3. 3

      Junes Lokka on kutsunut itseään ”läpällä” rasistiksi, mutta saiko Johanna Vehkoo tehdä niin vakavissaan? Tätä pohdittiin tänään oikeudessa

    4. 4

      Trumpin entinen YK-lähettiläs sohaisi mehiläis­pesään arvostellessaan Suomen terveyden­huoltoa: ”Tiedätkö edes missä Suomi on?”

    5. 5

      ”Orpo yritti purkaa tätä hoivapommia, mutta ei siinä oikein onnistunut” – Petteri Orpo väisteli kysymystä sitovasta hoitajamitoituksesta Ylen vaalitentissä

    6. 6

      Jään uumenista nousee vihainen jätti – Siperian ikiroudassa ratkaistaan planeettamme kohtalo, ja nyt poromies Nikolai Tasmanovin rautakanki uppoaa liian syvälle

      Tilaajille
    7. 7

      Matkustajia nostettiin vinssillä korkeuksiin rajussa tuulessa – uusi video näyttää, miten merihätään joutuneen laivan pelastus­operaatio eteni Norjassa

    8. 8

      Helsinki vai Tšernobyl? Testaa, kuinka hyvin erotat Suomen pää­kaupungin ydin­tuhoalueesta

    9. 9

      Neljä vuotta KonMari-villityksen jälkeen: ”Överiksi meni”, sanoo yksi – mutta osalla elämä muuttui pysyvästi paremmaksi

      Tilaajille
    10. 10

      ”Vaikuttaa naurettavalta, että Suomi olisi maailman onnellisin maa” – Amerikkalais­media selvitti, miksi voitamme vertailut, ja totesi, että käytämme väärää sanaa

    11. Näytä lisää