Американские физики разработали метод, который позволяет управлять квантовыми системами так, что их эволюция выглядит движением в обратном времени. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review X, открывает путь к новым способам извлечения энергии и подготовки квантовых состояний.
На микроуровне большинство фундаментальных законов физики симметричны во времени, то есть уравнения одинаково описывают процессы, идущие как вперёд, так и назад. Однако в квантовом мире само измерение системы случайным образом меняет её состояние, что создаёт необратимость и задаёт так называемую «стрелу времени» – однонаправленное течение событий.
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории научились преодолевать этот эффект. Они применили протоколы управления, сочетающие измерения с обратной связью. Система использует тщательно рассчитанную последовательность полей и импульсов, которая компенсирует, усиливает или даже обращает вспять возмущения, вызванные наблюдением. В результате квантовая система может развиваться по траектории, которая соответствует обратному течению времени.
Предложенный метод также позволяет контролировать потоки энергии в квантовой системе. На его основе учёные создали концепцию «измерительного двигателя» – устройства, способного извлекать полезную энергию непосредственно из процесса наблюдения. Таким образом, квантовое измерение само становится термодинамическим ресурсом, который можно использовать для выполнения работы или для зарядки «квантовой батареи».
Свою разработку авторы сравнивают с известным мысленным экспериментом XIX века – «демоном Максвелла». В нём гипотетический наблюдатель сортирует частицы, тем самым якобы нарушая второй закон термодинамики. По аналогии, созданная учёными система использует информацию о состоянии системы для управления её поведением неинтуитивным образом, фактически обращая её естественную «стрелу времени».
В дальнейшем команда планирует экспериментально проверить свою методику на сверхпроводящих кубитах. Такие системы позволяют быстро применять обратную связь и уже использовались для реализации квантовых аналогов «демона Максвелла».
