科学者は時間を逆転させるために量子コンピューターを使用します|熱力学の第二法則を破る

• 物理学者は、熱力学的時間の矢の反対方向に移動する量子状態を作成することに成功しました。
• 彼らは、2キュービットおよび3キュービットの量子コンピューターでこの状態を実証しました。
• エラーやノイズを減らしながら、量子コンピューターをより正確にするために使用できます。

一見時間対称の物理法則から不可逆性はどのように発生しますか？科学者たちは何年もの間答えを見つけようとしてきました。

古典的な統計力学の枠組みの中で、この問題は熱力学の第二法則に関連しています。熱力学の第2法則では、エネルギーが1つの形式から別の形式に変化するか、物質が自由に移動すると、閉鎖系のエントロピーが増加します。

2018年、モスクワ物理技術研究所のロシアの研究者は、マクスウェルの悪魔として知られる装置を介して熱力学の第二法則に違反していることを報告しました。今、彼らは別の角度から問題に取り組んでいます：彼らは時間の熱力学的矢の反対方向に動く量子状態を開発しました。

チームは最初に、真空中の電子が本能的に最近の過去に戻る確率を評価しました。彼らは、宇宙の全寿命にわたって毎秒100億個の新たに局在化した電子を観測すると、電子の状態の逆進化が1回だけ明らかになることを発見しました。

この場合でも、粒子は1ナノ秒を超えて過去に移動することはありません。これが、逆の時間で物事が進行するのを観察しない理由です。これは、はるかに長いタイムスケールで展開する驚異的な数の粒子が必要になるためです。

参照：arXiv：1712.10057 | MIPT

4段階の実験

研究者たちは、2キュービットと3キュービット（量子ビット）で作られた量子コンピューターの状態を分析しました。

1. 注文： 最初は、各キュービットは基底状態にあり、ゼロを表しています。
2. 劣化： 「進化プログラム」を起動して、キュービットの状態を1と0、またはその両方に同時に変更します。
3. 時間の逆転： この研究で開発された独自のアルゴリズムは、量子コンピューターを、カオスから秩序へと逆方向に移動するように変更します。
4. 再生： 進化プログラムを再度起動して、キュービットの状態を過去に巻き戻します。

研究者の礼儀

2キュービットの量子コンピューターは85％のケースで初期状態に戻りましたが、3キュービットはより多くのエラーを示し、50％の成功率をもたらしました。エラーは、既存の量子コンピューターの欠陥が原因で発生しました。より高度な量子コンピューティング技術が開発されるにつれて、エラー率は大幅に減少すると予想されます。

次は何ですか？

今回の反転アルゴリズムは、より正確な量子コンピューターを開発するために使用できます。近い将来、量子コンピューター用に作成されたソフトウェアをテストし、エラーとノイズを減らすように変更される可能性があります。

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この研究で開発されたスキームは、状態コンポーネントを1つずつスクロールしていましたが、量子並列処理を最大限に活用していませんでした。次の質問は、O（N）エレメンタリーゲートを使用するよりも効率的に時間反転を実行する量子アルゴリズムを開発することが可能かどうかです。