إذا شاهدت فيلمًا معروضًا في الاتجاه المعاكس، فمن المحتمل أن تشعر بالارتباك. إذا رآه الكمبيوتر الكمي، فمن المحتمل أن يكون قادرًا على فهم ما يحدث. هذا ما أظهره باحثون من مركز تقنيات الكم في سنغافورة بالتعاون مع عدد من الباحثين من مختلف أنحاء العالم في هذا المجال
وفي دراسة نشرت يوم 18 يوليو في مجلة Physical Review X، أظهرت مجموعة دولية أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أقل "استعبادا" لضغط الوقت مقارنة بأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، وفي بعض الحالات لا تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى معرفة السبب و ما هي النتيجة.
المقال المنشور مستوحى من اكتشاف تم قبل عشر سنوات على يد عدد من العلماء (جيمس كراتشفيلد وجون ماهوني من جامعة كاليفورنيا) والذي أظهر أن هناك عمليات لا تحتوي بداخلها على سهم للزمن. إذا رأى المشاهد سلسلة من المعلومات، شريحة تلو الأخرى بالترتيب الصحيح، فسيكون قادرًا على تخمين الشريحة التالية بناءً على ذاكرته السابقة، ولكن إذا تم عرض الشرائح بالترتيب المعاكس سيكون الأمر أكثر صعوبة بالنسبة للمشاهد يمكن للمشاهد تخمين الشريحة التالية لأن سلسلة المعلومات تحتوي على سهم زمني واضح.
هذا الاكتشاف له اسم في الأدبيات العلمية - عدم التماثل الظرفي: الذاكرة اللازمة لتحديد ما سيحدث في المستقبل تختلف عن الذاكرة اللازمة لإعادة بناء ما حدث في الماضي. تبدو الفكرة بديهية، فبعد كل شيء، تشغيل مقطع فيديو في الاتجاه المعاكس يشبه محاولة تخمين السبب من النتيجة، وهي عملية تتطلب المزيد من التفكير من الاتجاه المعاكس. في الحياة اليومية، يكون تخمين ما سيحدث بعد ذلك أسهل كثيرًا إذا كنت قد رأيت للتو ما حدث وما حدث قبله.
لطالما كان الباحثون فضوليين بشأن سهم الزمن وعدم التماثل الموجود في الطبيعة. لماذا يتحرك في اتجاه واحد إذا كانت جميع المعادلات الفيزيائية تبدو متماثلة بالنسبة للزمن؟ إذا كانت المعادلات تبدو كما هي حتى لو تحرك الزمن إلى الوراء، فما هو مصدر عدم التماثل في الطبيعة؟ سأل قو - أحد مؤلفي المقال. استخدم البحث الأول في عدم التماثل السببي نماذج من الفيزياء الكلاسيكية لإجراء تنبؤات، ولكن الآن حاول كراتشفيلد وماهوني مع جو وباحثون آخرون من مركز تقنيات الكم في سنغافورة معرفة ما إذا كانت قوانين ميكانيكا الكم يمكن أن تغير الصورة حول السهم من الوقت.
إذا خمنت بشكل صحيح، فإن ميكانيكا الكم ستغير القصة بأكملها. وتمكن الباحثون من إثبات أن هناك نماذج تعتمد على ميكانيكا الكم تنجح في فك رموز العمليات التي تتحرك في النهاية مع الزمن بذاكرة أقل بكثير من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، بل وتتفوق في قدرتها على فك هذه العمليات حتى ضد أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية التي تستقبل المعلومات في الاتجاه المعياري. ولهذا العمل عدة مضامين مهمة بالنسبة لعالم الحوسبة، "إن أكثر ما يثير اهتمامنا هو ارتباط البحث بسهم الزمن"، كما قال طومسون، المؤلف الأول للمقالة. "إذا كان عدم التماثل الظرفي موجودًا فقط في الأنظمة الكلاسيكية، فيمكن القول أن مفهوم السبب والنتيجة، ونتيجة لذلك سهم الزمن، ينشأ من طبيعة الأنظمة الكمومية ليصبح كلاسيكيًا."
وواصل الباحثون السؤال حول كيفية ربط النتائج التي توصلوا إليها بأفكار أخرى تتطلب تفسيرات حول طبيعة الوقت. "كل مجتمع علمي لديه تفسيره الخاص لضغط الوقت، ولكن الجميع يبحث عن تفسير من أين يأتي؟" قال فيدرل. الفكرة الأكثر شيوعًا في الوقت الحالي تأتي من قوانين الديناميكا الحرارية، وهي أكثر دقة من القانون الثاني للديناميكا الحرارية الذي يشير إلى زيادة الإنتروبيا. بكلمات بسيطة، يعزو البعض فكرة الإنتروبيا إلى نمو الفوضى - نظام منظم (مع إنتروبيا منخفضة) يتقدم بمرور الوقت ويميل إلى أن يصبح فوضويًا (مع إنتروبيا أكبر). لن تزداد الإنتروبيا بالضرورة في كل مكان وفي أي وقت، فمن الممكن أن تكون هناك تقلبات، وفي ظل العمليات الفيزيائية في مناطق معينة يمكن أن تنخفض الإنتروبيا فعليًا على حساب زيادة الآخر، ولكن في المتوسط مع مرور الوقت يمكن القول أن الإنتروبيا يزيد ولذلك يعزوه البعض إلى كسر تماثل الزمن.
ولأن الإنتروبيا يجب أن تزيد، فيجب أن يتحرك الزمن في الاتجاه الذي يزيدها. في البداية، لا يتفق عدم التماثل الظرفي (المبني على فكرة الذاكرة) مع تعريف السهم الديناميكي الحراري للزمن (المبني على مبدأ الإنتروبيا)، ولكن في الفكرة الثانية يمكنك رؤية الاتصالات - الأنظمة التي تجمع المزيد من المعلومات زيادة الاضطراب في النظام، لأن الأنظمة الأكبر حجمًا تحتوي على حالات أكثر اضطرابًا، ويزداد احتمال حدوث مثل هذه الحالة. وقال طومسون: "هذه الفكرة يمكن أن تقودنا إلى آثار جديدة لمبدأ الإنتروبيا".
يمكن أن يكون لنتائج البحث أيضًا آثار عملية. "تمامًا كما يتم عرض مقطع فيديو في الاتجاه المعاكس، يتعين على الباحثين أحيانًا تقديم تفسيرات للعمليات المعروضة لهم في الاتجاه المعاكس وتلك التي يصعب نمذجتها، في هذه الحالات سيتمكن الباحثون من استخدام نماذج من العالم الكمي وقال قو: "نستخدم الحسابات التي تشير إلى أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستتفوق على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
- زوج من الساعات الذرية المصنوعة من الألومنيوم يتحققان من مفارقة أينشتاين التوأم وتمدد الزمن
- يعد سهم الزمن ونقطة أرخميدس اتجاهين جديدين لفيزياء الزمن
- أسرار الزمن العكسي
تعليقات 3
وعلى عكس العنوان، لم يثبت أن سهم الزمن لا يعمل بشكل مختلف في العالم الكمي. وما تم إثباته ظاهريًا هو أن التنبؤ بالماضي بناءً على النماذج الكمومية قد يكون أفضل من التنبؤ بالمستقبل بواسطة أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. هذا كل شيء.
هناك مفارقات في العالم الكمي تشير إلى أن الزمن يعمل بشكل مختلف في العالم الكمي، لكن مسألة سهم الزمن في البعد الكمي وفي البعد "الكلاسيكي" تتطلب تجريبية ورؤى أعمق بكثير لحل مرضي.
لقد قصفتك الأسبوعين الماضيين بمقالات قيمة.
تمكن البروفيسور أمنون شاشوا من المفاجأة بأصالته في مقالتين أصليتين في العالم - لم أر مثلهما بعد.
إما لأنه ذكي جدًا علميًا، أو أن الاسم يجذب الأشخاص الأصليين.
التعلم العميق والتشابك الكمي:
الاتصالات الأساسية مع الآثار المترتبة على تصميم الشبكة
سد فيزياء الكم المتعددة والتعلم العميق عبر شبكات Tensor
الفكرة رائعة: ربط التعلم العميق – قمة خلق الذكاء الاصطناعي – بميكانيكا الكم. لا يُطلق على الحوسبة الكمومية في خدمة الذكاء الاصطناعي اسم التعلم العميق الكمي، بل - كل التعلم العميق كمي.
هناك مجال لمقابلة العالم مع هذا العالم الذي تقدر قيمته كرائد أعمال بـ 4.3 مليار شيكل، وكعالم فكري فهو غزير الإنتاج، وكان عميد علوم الحاسوب باللغة العبرية.