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Point
■多くの物理法則には時間の向きの制限はないが、熱力学第2法則によって秩序から無秩序に世界は進んでいる
量子コンピュータで複雑さの増したキュービットに別のプログラムを適用することで、時間が戻ることを発見
■この技術を応用することで、量子コンピュータエラーノイズを減らすことができる

これは胸熱。

量子コンピュータを使うことで、時間の方向の逆転に成功しました。

このブレイクスルーとなる研究は、一見、物理の基本法則に矛盾しているため、宇宙を支配する法則についての理解に変更が必要となるかもしれません。研究は「Scientific Report」で発表されています。

Arrow of Time and its Reversal on IBM Quantum Computer
https://arxiv.org/pdf/1712.10057.pdf

電子と量子力学の不思議な世界を利用した、量子コンピュータ。その技術開発の中で、なんと実験的に時間を巻き戻すことに成功しました。コンピュータを観察していた人には、まるで時間が逆転して見えたでしょう。

モスクワ物理工科大学(MIPT)の研究者らは、スイスアメリカの共同研究者の力も借りて、経時的な信頼性と正確性を改良する技術の開発を目的に研究しています。

量子情報物理学研究室の筆頭研究員であるゴーディ・レスコビク博士は、「熱力学的時間の矢と反対方向に進化する状況を、私たちは人工的に作り出したのです」と述べています。

今回のマシンは、エントロピーを逆転させる存在である「マクスウェルの悪魔」にちなんで、「マクスウェルの悪魔」と呼ばれているのだとか。…名前はそのまんまですが、一体どのようにして動くのでしょうか?

エントロピーを逆転するマシン

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実験に使われたマシンは、電子のキュービットを使った基本的な量子コンピュータからなっています。キュービットは、量子コンピュータにおける基本情報単位で、0と1、そしてその両方を併せ持つ「重ね合わせ」の3つの状態を表現できます。

実験では、「進化プログラム」と呼ばれるプログラムが立ち上がると、キュービットの0と1への変化パターンはどんどん複雑になります。この過程においては、秩序は失われていきますが、それは規則正しく寄せ集めた玉が散乱するようなものです。

しかしその後、もう一つのプログラムが、その量子コンピュータの状態を修正して、カオスから秩序へと、「逆方向」に進化させます。つまり、キュービットの状態が、巻き戻って元の状態に戻るのです。

そもそも過去と未来を区別しない物理法則たち

そもそも、ほとんどの物理法則は未来と過去を区別しません。例えば、ビリヤードの玉がぶつかり合うのを目撃し、その動画を巻き戻すとします。物理法則はいずれの場合も問題なく機能するので、それら物理法則の範囲内では、どちらの向きが正しいのかを言い当てることは不可能です。

ただし、宇宙は一方向にしか流れないという法則ももっています。それが、熱力学第二法則です。ここでは、物事は秩序から無秩序に向かって動くと定義されています。

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例えばビリヤードの正三角形に並べられた玉にブレイクショットが行われるのを見るとします。しかし逆再生の動きを見たら、私たちは違和感を感じるでしょう。

新たな実験は、ビリヤードテーブルを完全な計算の元で蹴り、転がった玉が完璧な秩序を持った正三角形に戻るようなものです。

実験を2つのキュービットで行った場合、「時間の逆転」が達成できる確率は85%でした。3つのキュービットでは、エラーの発生が増えたため、成功率は50%でした。

エラーの発生率は「装置の利用が洗練されることで改良できる」と研究者は言います。

また、今回の実験は量子コンピュータの開発へ実用的に応用できる可能性があるそうです。プログラムアップデートすることでノイズエラーを消すために使える可能性があると、レスコビク博士は述べています。

 

量子力学の世界は奇妙ですが、失われた秩序さえも巻き戻せることが実験的に示されました。熱力学第二法則に反する挙動はどのように達成されたのでしょうか?これを応用すればタイム風呂敷は実現できるのでしょうか?とてもSF的でワクワクする研究ですね。

「因果の逆転」は量子コンピューターにとっては障害にならない

reference: Independent / written by SENPAI
「時間の逆転」を量子コンピュータで実現!「マクスウェルの悪魔マシン」が誕生か?