양자 시스템에서도 시간의 화살표가 여전히 앞으로 나아가나요? 새로운 실험은 예, 양자 시스템이 적어도 대부분의 시간에 시간의 화살에 순종한다는 것을 암시하는 것 같습니다. 세인트 루이스에있는 워싱턴 대학교 (Washington University)의 연구원들의 새로운 연구는 초전도 큐 비트 (Superconducting Qubit)의 앞뒤 시간 궤적을 관찰하는 실험을 진행했으며, 이는 양자 시스템이 거시적 시스템과 같은 열역학의 제 2 법칙에 의해 여전히 준수됨을 확인했습니다. 새로운 연구는 현미경과 거시적 측정 역학 사이의 일관성을 확립하는 것으로 보인다.
이 실험은 공간을 통한 큐 비트의 통계적 궤적 시뮬레이션을 만들어서 진행 한 다음 데이터를 뒤로 재생하여 어떤 궤적, 궤적이 앞으로 또는 뒤로 시간이되면 가능성이 더 높았습니다. 열역학 제 2 법칙에 따르면, 모든 물리 시스템은 시간이 지남에 따라 엔트로피가 증가하는 것을 보여줍니다. 연구자들은 데이터를 뒤로 재생함으로써 엔트로피가 미래 방향으로 만 증가한다고 판단하여 양자 시스템이 적어도 대부분의 상황에서 열역학 제 2 차 법칙에 의해 준수된다고 판단했다. 실험은 양자 시스템의 시간 진화를 예측하기 위해 새로운 통계 기술을 사용하는 데 참신합니다. 새로운 연구는 사전 인쇄 간행물 사이트 Arxiv에서 전체적으로 읽을 수 있습니다.
시간과 엔트로피의 화살표
할 수없는 것처럼 보이는 물리적 원리가 하나 있다면 그것은 시간의 화살표가 존재합니다. “시간의 화살표”라는 문구는 시간이 one 에서만 흐르는 것처럼 보이는 유비쿼터스 관찰을 말합니다. 지시 - 과거에서 미래까지. 거시적 영역 (테이블, 의자, 나무 및 인간과 같은 세계의 세계에서 시간은 앞으로도 관찰됩니다. 이 관찰은 물리학에서 시간이 어떻게 처리되는지와 상충되는 것 같습니다. 많은 물리학 자에게 시간은 세 가지 차원으로 간주되며, 세 가지 공간 차원과 유사합니다. 그러나, 3 개의 공간 치수는 등방성 이다 , 특권 방향이 없다는 것을 의미합니다. 시간은 특권 방향을 가진 것 같습니다. 더욱이, 기본 물리 법칙은 시간이 되돌아 갈 수있는 것처럼 보이며, 말하자면“시계를 뒤로 달리는”경우에도 여전히 유지한다는 것을 의미합니다.
많은 물리학 자들은 시간의 이방성에 대한 설명을 제공했습니다. 이 아이디어에 따르면, 인식 된 시간의 화살은 열역학 제 2의 법칙의 결과입니다. 제 2 법에 따르면 때로는 altropy 의 법칙이라고 불립니다. , 모든 시스템은 시간이 지남에 따라 장애가 증가 함을 보여줍니다. 이것은 거시적 척도에서 가장 분명하게 보입니다. 불이 나무를 태울 때는 그것을 기화시키고 담배를 피 웁니다. 우리는 연기가 단단한 목재 블록으로 다시 응축되는 것을 보지 못합니다. 마찬가지로, 우리는 공이 창문을 통해 항해하는 공을 보면서 많은 조각으로 산산이 부서지는 것을 볼 수 있습니다. 다시 말해, 제 2 법칙은 특정 프로세스의 시간 방향을 구별 할 수있게 해줍니다. 엔트로피의 증가를 보여주는 방향은 과거의 미래 방향입니다. 물리학 자들은 실험과 사고 실험을 제 2 법에서 결함을 찾기위한 실험을 시도했지만 지금까지는 아무 소용이 없습니다.
현미경 시스템을 연구 할 때 위의 관찰은 명확하지 않습니다. 공중 주위에 단일 연기 입자가 뷔페를 볼 때 비디오가 앞뒤로 재생되는지 알기가 어렵습니다. 엔트로피가 명백 해지는 거시적 규모로 가스 구름을 관찰 할 때만 가능합니다. 모든 가스 입자가 공간을 통해 확산하는 대신 집중하는 경향이있는 것은 천문학적으로 불가능하지만, 하나의 입자의 거동을 보면 그 판단을 할 수는 없습니다.
.엔트로피 및 양자 시스템
시간의 화살표를 결정하는 문제는 여러 가지 이유로 양자 기계 시스템에서 어렵다. 그 중 1 차는 양자 시스템이 측정 프로세스의 영향을 크게 받는다는 사실입니다. 측정의 영향이 무시할 수있는 거시적 시스템과 달리, 양자 시스템은 너무 작고 변동성이있어서 측정 행위가 시스템의 변화를 유발합니다. 둘째, 본질적으로 양자 측정은 확률 론적입니다. 양자 시스템의 임의의 모델은 주어진 입자의 위치 또는 운동량을 정확하게 정밀하게 예측할 수 없습니다. 입자가 특정 위치 또는 운동량으로 측정 될 확률만을 줄 수 있습니다.
그러나 이러한 문제를 해결할 수있는 방법이 있습니다. 주변 환경에 미치는 간접 효과를 측정하여 양자 시스템의 궤적을 모델링 할 수 있습니다. 양자 시스템을 둘러싼 환경의 통계적 변화를 관찰함으로써 과학자들은 시간이 지남에 따라 양자 시스템의 궤적 모델을 구축하기 위해 뒤로 작업 할 수 있습니다. 이 과정의 상향은 간접 입니다 양자 시스템과 직접 상호 작용함으로써 달성되지 않습니다. 따라서 양자 시스템에 포함 된 정보는 직접 측정 과정을 통해 파괴되지 않습니다.
따라서 고려중인 연구를 진행합니다. 연구원 실험은 특정 주파수에서 진동하는 큐 비트로 구성된 간단한 양자 시스템을 설정하여 진행했습니다. 실험 챔버를 전자 레인지로 자극하고 섭동을 측정함으로써 연구원들은 큐 비트 초기 상태에 의존하는 위상 이동을 계산하여 큐 비트 상태를 결정할 수있었습니다. 전자 레인지 프로브의 상태를 측정 한 후, 과학자들은이 측정을 디지털화하여 일정 기간 동안 일련의 개별 측정을 수신했습니다. 이러한 디지털화 된 시간 단계 측정을 사용하여 연구원들은 큐 비트 스테이트 피스를 유추하고 시간이 지남에 따라 큐 비트의 지속적인 궤적을 나타내는 모델을 구성 할 수있었습니다.
.그런 다음 연구원들은 구축 된 큐 비트 모델을 가져 와서 시간이 지남에 따라 앞뒤로 주문한 양자 시스템의 다른 엔트로피 상태를 계산했습니다. 이들 정렬 된 양자 상태 서열의 총 엔트로피 값은 q 으로 표시되었다. 긍정적 인 q (더 많은 엔트로피)는 시간이 지남에 따라 전방 궤적과 음성 q 을 나타냅니다. (Entropy가 적음)는 시간이 지남에 따라 후진 궤적을 나타냅니다.
다음으로, 연구원들은 세 명의 관찰자 인 Alice, Bob 및 Charlie 사이의 양자 실험 시뮬레이션을 설정했습니다. 다른 매개 변수에 따른 다수의 다른 초기 상태 및 측정 프로세스를 사용하여 실험을 실행함으로써 연구자들은 q 의 음의 값을 결정할 수있었습니다. (엔트로피가 적음)는 q 의 작은 수치 값에 대해 발생할 가능성이 더 높았습니다. . 이것은 양자 변동이 때때로 엔트로피에서 매우 작은 감소를 생성 할 수 있다는 잘 알려진 사실에 해당합니다. 그러나 연구원들은 또한 Q 의 큰 값에 대해 , 이것은 q 의 진화에 해당한다 더 긴 기간 동안, q 값은 긍정적 일 가능성이 높으며 엔트로피가 증가 함을 나타냅니다. 다시 말해, 더 긴 기간에 걸쳐 양자 시스템은 Q 의 양수 값에 따라 거동을 나타낼 가능성이 높습니다. .
연구원들은이 발견에 대한 설명은 양자 뇌수에 대한 계산이 일반적으로 양자 시스템의 진화에 대한 초기 조건의 영향을 고려하지 않는다고 주장한다. 연구원들에 따르면, 초기 상태는 Q 의 가능한 값에 대한 하한을 배치합니다. . 초기 조건에 대한 이러한 민감도는 특정 초기 상태가 얻을 가능성이 낮은 결과입니다. 다른 방법으로 지적하려면 Q 의 초기 값 q 의 시간 진화 양자 시스템의 초기 상태 자체가 가능성이 낮은 상황에 부정적 일 수 있습니다. 이러한 초기 상태 자체는 상대적으로 가능성이 없기 때문에 시스템의 전반적인 진화는 Q 의 양수 값을 향한 경향이 있습니다. . 연구자들에 따르면, 결과는“통계적 화살표가 양자 측정에서 근본적으로 나타나며, 이는 변동하는 환경과의 얽힘으로 인해 정보와 등받이가 발생하는 양자 측정에서 근본적으로 나타납니다.”
열역학 제 2 법칙의 상태
열역학의 두 번째 법칙은 때때로 "통계 법칙"이라고 불립니다. 즉, 이는 근본적으로 통계적 사실로 인해 보편적 인 일반화입니다. 충분히 큰 시스템의 경우, 시스템이있을 수있는 대다수의 상태는 엔트로피가 초기 상태보다 큰 상태입니다. 따라서 시스템 변경은 초기 상태에서 더 큰 엔트로피 상태로 이동할 가능성이 높습니다.
과학자들에게 문제는이 일반화가 미세한 양자 세계로 확장되는지 여부였습니다. 현재의 연구에 따르면 양자 시스템에 적용 할 수있는 열역학 제 2 법칙의 특성화가 가능하지만 몇 가지 개념적 개정이 필요합니다. 구체적으로, 양자 시스템을 환경에서 분리하기는 어렵습니다. 자연에 의한 양자 시스템은 엄격한 격리에 저항합니다. 실제로, 양자 시스템이라는 의미의 일부는 양자 얽힘의 형태로 환경과의 상호 작용과 관련이 있습니다. 현재의 연구는 양자 시스템에 대한 환경의 영향을 고려함으로써 양자 시스템의 맥락에서 엔트로피의 통계 법칙 버전을 복구 할 수 있음을 보여줍니다.
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