אם תראו סרט המוקרן בכיוון ההפוך, ככל הנראה שתבלבלו. אם מחשב קוונטי יראה אותו כנראה שהוא יצליח להבין את המתרחש. כך הראו חוקרים מהמרכז לטכנולוגיות קוונטיות בסינגפור בשיתוף מספר חוקרים מהעולם בתחום
במחקר שפורסם ב-18 ליולי בכתב העת Physical Review X קבוצה בינלאומית הראתה שמחשבים קוונטיים פחות “משועבדים” לחץ הזמן לעומת מחשבים קלאסיים, ובמקרים מסוימים מחשבים קוונטים לא צריכים לדעת מהי הסיבה ומה התוצאה.
המאמר שפורסם קיבל את השראתו מתגלית שנחשפה לפני עשר שנים על ידי מספר מדענים (ג’יימס קרוטצ’פילד וג’ון מהוני מאוניברסיטת קליפורניה) שהראו שקיימים תהליכים שמכילים בתוכם מאין חץ זמן. אם צופה רואה שרשרת של מידע, שקופית אחרי שקופית בסדר הנכון, הוא יוכל לנחש את השקופית הבאה על סמך זיכרון העבר שלו, אך אם השקופיות יוקרנו בסדר ההפוך לצופה יהיה קשה הרבה יותר לנחש את השקופית הבאה כי לשרשרת המידע יש חץ זמן ברור.
לתגלית זו קיים שם בספרות המדעית- אסימטריה נסיבתית: הזיכרון הדרוש כדי לקבוע מה יהיה בעתיד שונה מהזיכרון שמצריך לשחזר מה היה בעבר. הרעיון נשמע אינטואיטיבי, אחרי הכל, להריץ סרטון שנע אחורנית זה כמו לנסות לנחש סיבה מתוצאה, תהליך שמצריך הרבה יותר חשיבה מהכיוון ההפוך. בחיי היום יום לנחש מה יקרה בהמשך הרבה יותר קל אם הרגע ראית מה התרחש ומה שהתרחש לפניו.
חוקרים היו תמיד סקרנים לגבי חץ הזמן ולאסימטריה שקיימת בטבע. מדוע הוא נע בכיוון אחד אם כל המשוואות הפיזיקאליות נראות סימטריות ביחס לזמן? אם המשוואות נראות אותו הדבר גם אם הזמן היה נע אחורנית מה המקור לאסימטריה בטבע? שאל גו – אחד מכותבי המאמר. המחקר הראשון באסימטריה סיבתית השתמש במודלים מפיזיקה קלאסית כדי ליצור פרדיקציות אך כעת קרוטצ’פילד ומהוני יחד עם גו, וחוקרים נוספים מהמרכז לטכנולוגיות קוונטיות בסינגפור ניסו לבדוק האם החוקים של מכניקת הקוונטים יכולים לשנות את התמונה לגבי חץ הזמן.
אם ניחשתם נכון, מכניקת הקוונטים משנה את כל הסיפור. החוקרים הצליחו להראות שקיימים מודלים המבוססים על מכניקת הקוונטים שמצליחים לפענח תהליכים שנעים אחרונית בזמן עם זיכרון נמוך הרבה יותר ממחשבים קלאסיים, ואפילו מתעלים ביכולתם לפענח תהליכים אלו גם מול מחשבים קלאסיים שמקבלים את המידע בכיוון הנורמטיבי. לעבודה הזו יש כמה השלכות חשובות על עולם המחשוב, “הדבר הכי מרגש אותנו הוא הקשר המחקרי עם חץ הזמן” אמרה תומפסון, הכותבת הראשונה במאמר. “אם אסימטריה נסיבתית מתקיימת רק במערכות קלאסיות אז ניתן לומר שהתפיסה לגבי סיבה ותוצאה, וכהשלכה לכך חץ הזמן, נובעת מהטבע של מערכות קוונטיות להפוך לקלאסיות”.
החוקרים המשיכו בשאלה כיצד ניתן לחבר את הממצאים שלהם לרעיונות נוספים שמצריכים הסברים על מהותו של הזמן. “לכל קהילה מדעית יש את ההסבר לחץ הזמן שלה, אבל כולם מחפשים הסבר מאיפה הוא מגיע?” אמר ודרל. הרעיון הכי פופולארי כרגע מגיע מחוקי התרמודינאמיקה, ויותר מדויק מהחוק השני של התרמודינאמיקה שמצביע על גדילת האנטרופיה. במילים פשוטות יש המייחסים את רעיון האנטרופיה לגדילה של אי סדר – מערכת מסודרת (בעלת אנטרופיה נמוכה) שמתקדמת בזמן ונוטה להתבלגן (בעלת אנטרופיה גדולה יותר). אנטרופיה לא בהכרח תגדל בכל מקום ובכל זמן, פלקטואציות יכולות להיות, ותחת תהליכים פיזיקאליים באיזורים מסוימים דווקא האנטרופיה יכולה לקטון על חשבון הגדלה של האחר, אך בממוצע לאורך זמן ניתן לומר שהאנטרופיה גדלה ולכן יש המייחסים אותו לשבירה של סימטריית הזמן.
משום שהאנטרופיה חייבת לגדול, הזמן חייב לנוע בכיוון המגדיל אותה. במחשבה ראשונה אסימטריה נסיבתית (המבוססת על רעיון הזיכרון) לא מתיישבת עם ההגדרה של חץ הזמן התרמודינאמי (המבוסס על עקרון האנטרופיה), אך במחשבה שניה ניתן לראות הקשרים – מערכות שצוברות יותר אינפורמציה מגדילות את אי הסדר במערכת, משום שמערכות גדולות יותר מכילות יותר מצבים מבולגנים והסבירות שמצב כזה יתרחש גדל. “רעיון זה יכול להוביל אותנו להשלכות חדשות על עיקרון האנטרופיה” אמרה תומפסון.
לתוצאות המחקר יכולות להיות גם השלכות מעשיות. “כמו שסרטון מוקרן בכיוון ההפוך, לפעמים חוקרים צריכים לתת הסברים לתהליכים המוצגים להם בכיוון ההפוך וכאלו שקשים למדל, במקרים אלו חוקרים יוכלו להשתמש במודלים מעולם הקוונטים ולהשתמש בחישובים שמחשבים קוונטים יתעלו על מחשבים קלאסיים”, אמר גו.
עוד בנושא באתר הידען:
- זוג שעונים אטומיים מאלומיניום מאמתים את פרדוקס התאומים והאטת הזמן של איינשטיין
- חץ הזמן ונקודת ארכימדס כיוונים חדשים לפיסיקה של הזמן
- מסתרי הזמן ההפוך
3 תגובות
בניגוד לכותרת, לא מוכח שחץ הזמן אינו פועל אחרת בעולם הקוואנטי. מה שהוכח לכאורה הוא שהחיזוי על בסיס מודלים קוואנטיים כלפי העבר עשוי להיות טוב יותר מאשר חיזוי ביחס לעתיד בידי מחשבים קלאסיים . זה הכל.
ישנם פראדוקסים בעולם הקוואנטי המצביעים על כך שהזמן עובד אחרת בעולם הקוואנטי, אבל שאלת חץ הזמן, במימד הקוואנטי ובמימד ה’קלאסי’ דורשת אמפיריקה ותובנות עמוקות בהרבה לצורך פתרון מניח את הדעת.
השבועיים האחרונים הפצצתם במאמרים שווי ערך.
הצליח להפתיע במקוריות שלו פרופסור אמנון שעשוע ב-2 מאמרים מקורי בעולם – עוד לא ראיתי כאלה עדיין.
או בגלל שהוא חכם מאד מדעית, או שהשם מושך אליו אנשים מקוריים.
Deep Learning and Quantum Entanglement:
Fundamental Connections with Implications to Network Design
Bridging Many-Body Quantum Physics and Deep Learning via Tensor Networks
הרעיון מבריק: מקשר בין למידה עמוקה – פסגת היצירה של בינה מלאכותית למכניקת הקוונטים. לא מיחשוב קוונטי בשרות בינה מלאכותית זה נקרא quantum deep learning, אלא – כל deep learning היא קוונטית.
יש מקום לריאיון של הידען עם המדען הזה שכיזם שוויו נאמד ב 4.3 מיליארד ש”ח, וכמדען אינטלקטואל הוא פורה מאד, והיה דיקאן מדעי המחשב בעברית.