打造哆啦A夢的時光機,科學家用IBM量子電腦辦到了

by:徽徽
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本文經授權轉載自友站數位時代文/ 高敬原 

如果有了時光機,你最想回到人生的哪一個當下?

穿越時空除了是許多電影、小說的熱門題材,更是科學家一直想突破的目標。現在透過IBM的量子電腦,已經成功完成時光倒轉的實驗,或許未來乘著哆啦A夢的時光機,將不再只是遙不可及的想像。

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現在透過IBM的量子電腦,已經成功完成時光倒轉的實驗,或許未來乘著哆啦A夢的時光機,將不再只是遙不可及的想像。

Photo: Bryce Barker

時間像一條單行道,量子運算能改變對時間的認知

這項由莫斯科物理技術學院(MIPT)所做的實驗,成功挑戰熱力學的第二定律,也就是熱力傳播過程不可逆的特性。

時間就像一條單行道,就是所謂「時間之箭(arrow of time)」的概念,意思是原因必然發生在結果之前。這可以用打撞球的情境想樣,當排成三角形的撞球被白球打散後,將不會再回到原本的狀態;打水漂也是一樣的道理,把手中的石頭往水面上丟擲後,石頭會朝施力方向前進形成漣漪,並不會在過程中重新回到手中,就像人類不可能返老還童一樣。

但是量子力學與傳統物理完全不同,在強大的運算能力下,可能會發生因果不對稱的結局,極有可能改變世界你我對於時間的認知,既定的法則將可以被打破。

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當排成三角形的撞球被白球打散後,將不會再回到原本的狀態。

Photo: Robert Zunikoff

機率達85%,讓時間順序消失於無形

為了營造時光倒流的環境,研究人員的秘密武器就是IBM的量子電腦技術。簡單來說,實驗人員在量子電腦控制的環境下,可以讓被打亂順序的電子,回到被打亂前的位置與狀態,就好像能讓丟擲出去的石頭,按照原先的路徑重新回到丟擲者的手中一樣。

一般電腦(包括桌機、筆電、平板、智慧型手機)都採用二進位制的計算單位「位元(bit)」,意思是0與1的二分法,一次只會出現0或是1單一種狀態,也就是「yes/no」形式;量子電腦則採用「量子位元(qubit)」,這種計算方式有「疊加(superposition)」特性,可以同時出現0與1,產生00、01、10、11的疊加狀態,也就是「yes/no/both」形式。

正因為量子物理定律可以允許同時出現多個狀態,在面對相對複雜的問題時,量子電腦一直被認為,擁有比傳統電腦更快解決問題的能力。

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研究報告中指出,如果在實驗中使用 2 個量子位元(Qubit),能夠「扭轉時間」的機率就高達85%。

Photo: Andy Beales

為了在實驗中能夠觀察電子歸位的狀況,科學家會先標記電子在環境中的位置,接著會讓電子被打散,透過量子電腦改變環境特性,0與1之間的疊加不斷改變狀態,所謂的「順序」將消失於無形,最後再透過程式的設定,讓量子位元的狀態回到最初的樣貌。

參與這項研究的 Gordey Lesovik博士表示:「從旁觀者角度來看,時間就像向後倒退一樣,我們用人工方式,做出了一個跟時間之箭(arrow of time)相反的狀態。」

科學家表示,除非是透過像量子電腦這類的超級系統(Supersystem)控制環境,否則在一般正常的狀態下,物體不太可能做到扭轉時間順序。研究報告中指出,如果在實驗中使用 2個量子位元(Qubit),能夠「扭轉時間」的機率就高達85%,未來若能持續提升機率,或許離「時光機」問世的那天也就不遠了。


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