Suomen tiedeakatemian fyysikot ovat kehittäneet protokollan, jolla kvanttihiukkasen aika voidaan kääntää taaksepäin. Vaikka tämä läpimurto on rajoittunut subatomiseen maailmaan, se avaa uusia näkymiä kvanttilaskennalle.
Sisällysluettelo
Käännä kelloa yhden hiukkasen taaksepäin
Jokapäiväisessä elämässämme lasin särkyminen tai kupin putoaminen lattialle on peruuttamaton prosessi: aika ei kulje taaksepäin. Kvanttifysiikassa tilanne on toinen. Hiukkasten tasolla joitakin sääntöjä voidaan kiertää – ainakin väliaikaisesti. Juuri tämän ovat osoittaneet suomalaiset tutkijat kehittämällä ”kvanttikytkimen” – laitteen, jolla voidaan manipuloida fotoneja kontrolloidussa ympäristössä.
Heidän protokollansa avulla hiukkanen voidaan palauttaa tarkasti edelliseen tilaansa määrittelemättä sen sijaintia järjestelmässä. Tämä on erittäin tärkeää, koska hiukkasen suora mittaaminen yleensä tuhoaa sen superpositio-tilan – kyvyn olla kahdessa eri tilassa samanaikaisesti, samalla tavalla kuin tietokoneen bitti voi olla joko 0 tai 1.
Yksinkertaistettuna voit kuvitella shakkipelin, jossa siirron voi peruuttaa tarkistamatta koko peliä tai tarkistamatta jokaisen nappulan tarkkaa sijaintia. Tässä ”siirto” on hiukkasen kehitys, ja ”peruutus” tapahtuu rikkomatta sen kvanttitilan herkkää tasapainoa. Tämä mahdollisuus seurata hiukkasen tilaa liittyy läheisesti kvanttilaskennan tavoitteisiin. Toisin kuin klassiset tietokoneet, jotka käsittelevät dataa bitteinä (0 tai 1), kvanttitietokoneet käyttävät kubitteja, jotka voivat olla samanaikaisesti sekä 0 että 1. Ja kuten näette, tämän herkän tilan ylläpitäminen on yksi tämän alan vaikeimmista tehtävistä.
Teoriasta sovellukseen
Teknisesti tutkijat ovat toteuttaneet ”universaalin aikamatkan” protokollan, jota voidaan soveltaa mihin tahansa kaksitasoiseen kvanttijärjestelmään, ei vain fotoneihin. Tämä prosessi sisältää kaikkien mahdollisten hiukkasen liikeratojen manipuloinnin, jotta sen kehitys voidaan ohjata tiettyyn tilaan menneisyydessä. Yhdistämällä kaikki mahdolliset aikajänteet halutun tuloksen suuntaan, he voivat ”kelata” sen historian taaksepäin.
Tämä manipulointi ei ole lainkaan samanlainen kuin tieteiskirjallisuudessa kuvattu aikamatkailu. Tekijät huomauttavat, että tämän periaatteen siirtäminen makroskooppiseen maailmaan ei ole vielä mahdollista. Esimerkiksi massiiviset hiukkaset asettavat paljon monimutkaisempia kokeellisia rajoituksia. Välitön kiinnostus kohdistuu ennen kaikkea kvanttilaskennan virheiden korjaamiseen. Järjestelmä, joka kykenee peruuttamaan virheelliset operaatiot menettämättä perustavaa kvanttitietoa, voisi nopeuttaa vakaiden koneiden kehittämistä, jotka kykenevät toimimaan joustavammissa olosuhteissa — jotkut tutkimukset jopa olettavat, että on olemassa ”kuumia tiloja”, jotka ylittävät huomattavasti absoluuttisen nollapisteen ja joita aiemmin pidettiin mahdottomina käyttää.
Miguel Navascués, yksi kirjoittajista, myöntää, että puhtaasti teoriassa protokollaa voitaisiin soveltaa ihmisiin. Hän kuitenkin korostaa, että käytännön toteutettavuus on nykyisen tieteen tasolla äärettömän pieni. Toistaiseksi tämä saavutus on laboratorioväline, joka on tarkoitettu yksinomaan kvanttimaailmaan.
