Zaman Geriyə Axa Bilərmi? Kvant Fizikasındakı Yeni Nailiyyət Uzun İllərdir Qəbul Edilən Təsəvvürlərə Meydan Oxuyur

Zaman Geriyə Axa Bilərmi? Kvant Fizikasındakı Yeni Nailiyyət Uzun İllərdir Qəbul Edilən Təsəvvürlərə Meydan Oxuyur

Alimlər kvant sistemlərində zamanın istiqamətini idarə etməyə imkan verən yeni üsul hazırlayıblar. Araşdırma göstərir ki, müəyyən şəraitdə kvant sistemlərinin davranışı zamanın irəli deyil, geriyə axdığı təəssüratını yarada bilər.

Bəs zamanın istiqaməti düşündüyümüz qədər dəyişməz deyil? Gündəlik həyat təcrübəmiz bizə zamanın daim irəli axdığını göstərsə də, kvant sistemlərini idarə edən mikroskopik fizika qanunları bu məsələdə daha fərqli nəticə göstərə bilir. Əslində, kvant mexanikasının bir çox tənliyi zaman geriyə doğru axdığı halda da eyni dərəcədə keçərlidir.

Physical Review X jurnalında dərc olunan yeni araşdırmada tədqiqatçılar müəyyən proseslərin zamanın irəli deyil, geriyə axması ilə daha uyğunluğuna imkan verən kvant idarəetmə protokolları hazırlayıblar.

Komanda göstərib ki, meyarların, geribildirim mexanizmlərinin və xüsusi hazırlanmış idarəetmə sahələrinin diqqətlə birləşdirilməsi sayəsində kvant sisteminin zaman oxunu zəiflətmək, hətta onun görünən istiqamətini tərsinə çevirmək mümkündür. Alimlərin fikrincə, bu yanaşma fizikanın ən fundamental anlayışlarından birini araşdırmaq üçün yeni imkanlar yaradır və gələcəkdə kvant sistemlərindən enerji əldə edilməsinin, eləcə də kvant vəziyyətlərinin hazırlanmasının yeni üsullarına yol aça bilər.

Kvant sistemlərində ölçmə sistemi dəyişdirir

Kubitlərdən ibarət sistemlər kimi kvant sistemləri kvant mexanikasının qanunlarına tabedir. Bu sistemlərdə ölçmə yalnız müşahidə aparmaqla kifayətlənmir, eyni zamanda ölçülən sistemin vəziyyətini də dəyişdirir.

Tədqiqatçılar məhz bu xüsusiyyətdən istifadə edərək zamanın geriyə doğru axmasını xatırladan qeyri-adi kvant dinamikası yaradıblar. Nümayiş məqsədilə onlar kvant sisteminin müşahidəsi zamanı yaranan enerjidən istifadə edə bilən, ölçü ilə işləyən kvant mühərriki də hazırlayıblar.

Los Alamos Milli Laboratoriyasının fiziki Luis Pedro Qarsiya-Pintos bildirib:

"Ətrafımızda müşahidə etdiyimiz hadisələrdən fərqli olaraq, mikroskopik səviyyədə fizikanın əksər fundamental qanunları zamanın həm irəli, həm də geriyə doğru hərəkətini mümkün hesab edir. Başqa sözlə, bu qanunlar zamanın tərsinə çevrilməsinə görə simmetrikdir və zamanı geriyə çevirdikdə də tənliklər eyni şəkildə işləyir. Mikroskopik səviyyədə fəaliyyət göstərən kvant sistemləri üçün hazırladığımız alətlər zamanın görünən istiqamətini manipulyasiya etməyə imkan verir və bu da kvant sistemlərini idarə etməyin yeni, gözlənilməz üsullarını ortaya çıxarır."

Zamanın geriyə axmasını xatırladan trayektoriyalar

Klassik fizikada sistemin müşahidə olunması adətən onun vəziyyətinə ciddi təsir göstərmir.

Lakin kvant fizikasında ölçü sistemin vəziyyətini təsadüfi şəkildə dəyişə bilər və məhz bu proses zaman oxunun formalaşmasına kömək edir.

Tədqiqat qrupu meyarlardan və geribildirim mexanizmlərindən istifadə edərək zamanın geriyə axmasına bənzəyən stoxastik (təsadüfi) trayektoriyalar hazırlayıb. Nəticədə kvant sistemləri sanki zaman boyunca geriyə doğru hərəkət edirmiş kimi davranıb.

Bunun üçün alimlər idarəedici Hamiltonian adlanan, xüsusi proqramlaşdırılmış sahələr və impulslar ardıcıllığından ibarət idarəetmə sistemi hazırlayaraq bu sistem meyarlarının təsirlərini təqlid edə biliblər. Geribildirim prosesi ilə birlikdə istifadə olunduqda həmin Hamiltonian meyarlarının yaratdığı pozuntuları aradan qaldırmağa, gücləndirməyə və ya həddindən artıq kompensasiya etməyə imkan verib. Nəticədə zaman oxunun uzandığı, qeyri-müəyyənləşdiyi və ya hətta tərsinə çevrildiyi yeni trayektoriyalar əldə olunub.

Maksvellin "şeytanı" kvant sistemində

Alimlər araşdırmada XIX əsrdə irəli sürülmüş Maksvellin şeytanı adlı məşhur düşüncə eksperimentinə də istinad ediblər. Bu eksperimentdə isti və soyuq hissəciklərin istiqamətləndirilməsi sistemdə entropiyanı azaldır və bununla da təbii proseslərdə entropiyanın artmalı və ya sabit qalmalı olduğunu bildirən termodinamikanın ikinci qanununa zidd görünür. Sonrakı tədqiqatlar isə göstərib ki, bütün termodinamik enerji xərcləri nəzərə alındıqda həmin qanun pozulmur.

Los Alamos Milli Laboratoriyasının hazırladığı kvant "şeytanı" isə kvant sisteminin vəziyyəti və ölçmə nəticələri haqqında məlumatlardan istifadə edərək buna bənzər qeyri-adi proseslər yaradır və kvant sistemində zamanın adi istiqamətini əksinə çevirir.

Kvant batareyaları üçün yeni imkanlar

Tədqiqatçıların hazırladığı alətlər kvant sisteminə daxil olan və ondan çıxan enerjinin hərəkətini dəyişə bilir. Bu xüsusiyyət sistemin müşahidəsi zamanı yaranan enerjidən istifadə edən davamlı ölçmə mühərrikinin işləməsinə imkan yaradır. Belə sistemdə kvant meyarları başqa prosesləri enerji ilə təmin edə və ya enerjini kvant batareyasında toplamağa imkan verən termodinamik resursa çevrilir.

Alimlər gələcək mərhələdə kvant geribildirim idarəetməsi üçün Hamiltonian əsaslı ölçmə proseslərini eksperimental şəkildə sınaqdan keçirməyi planlaşdırırlar. Bu məqsədlə perspektivli platformalardan biri sürətli geribildirim və yüksək dəqiqlikli aşkarlama imkanlarına malik superkeçirici kubitlərdir. Məhz bu platformada əvvəllər Maksvellin “şeytan”ının kvant versiyası artıq nümayiş etdirilib.

Tədqiqatçılar bildirirlər ki, növbəti araşdırmalarda hazırlanan yeni metodlardan kvant vəziyyətlərinin hazırlanması üçün yeni protokolların işlənib hazırlanmasında da istifadə olunacaq.

Mənbə:scitechdaily.com