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

      Suomen suosituin seksin­myynti­sivusto Sihteeri­opisto meni yllättäen kiinni netissä

    2. 2

      14-vuotiaan raiskannut tuomittiin 2,5 vuodeksi vankeuteen Oulussa

    3. 3

      Stam1na esiintyy Casino Helsingissä, HS näyttää keikan suorana tilaajilleen ja ilmaisen näyte­tilauksen ottajille alkaen kello 19

      Tilaajille
    4. 4

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

    5. 5

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

    6. 6

      Antti Rinne myönsi Ylen tentissä olleensa väärässä asiassa, jonka avulla hän syrjäytti Jutta Urpilaisen

    7. 7

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

    8. 8

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

    9. 9

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

    10. 10

      Tutkimus: Tasa-arvo ei muuta sitä, mistä naiset ja miehet pitävät toisissaan

    11. Näytä lisää
    1. 1

      ”Älä Antti koske siihen” – Sipilä sätti Rinnettä Sdp:n verotushaluista, mutta hänen eleensä varasti huomion

    2. 2

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

      Tilaajille
    3. 3

      Miksi lapsuuden kesät tuntuivat kestävän ikuisesti ja vanhemmiten päivät kiitävät ohi? Amerikkalais­professori keksi selityksen

    4. 4

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

    5. 5

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

    6. 6

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

    7. 7

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

    8. 8

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

    9. 9

      Miksi kodit ovat liian kalliita ja pieniä? Kolme väitettä Helsingin asunto­markkinoiden ongelmista ja kolme ratkaisua niihin

    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

      Sami Hedberg nauraa sketsisarjassaan homoille, venäläisille ja saamelaisille, Sami Hedbergille eivät naura edes lapset

    4. 4

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

    5. 5

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

    6. 6

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

      Tilaajille
    7. 7

      ”Älä Antti koske siihen” – Sipilä sätti Rinnettä Sdp:n verotushaluista, mutta hänen eleensä varasti huomion

    8. 8

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

    9. 9

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

    10. 10

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

      Tilaajille
    11. Näytä lisää