Vi markerar alla dagar med klockor och kalendrar, men kanske ingen klocka är mer omedelbar än en spegel. De förändringar vi märker under åren illustrerar vetenskapens "tidspil" - den troliga utvecklingen från ordning till oordning. Vi kan inte vända den här pilen lika lite som vi kan radera alla våra rynkor eller återställa en krossad tekopp till sin ursprungliga form.

Eller kan vi?

Ett internationellt team av forskare ledda av det amerikanska energidepartementets (DOE) Argonne National Laboratory undersökte denna fråga i ett första experiment i sitt slag, lyckas återföra en dator kort till det förflutna. Resultaten, publicerad 13 mars i tidskriften Vetenskapliga rapporter , föreslå nya vägar för att utforska tidens bakåtflöde i kvantsystem. De öppnar också nya möjligheter för testning av kvantdatorprogram och felkorrigering.

En kvantdator som effektivt kan hoppa tillbaka och åtgärda fel när den fungerar kan fungera mycket mer effektivt.

För att uppnå tidsomkastningen, forskargruppen utvecklade en algoritm för IBM:s publika kvantdator som simulerar spridningen av en partikel. I klassisk fysik, detta kan se ut som en biljardboll som slås av en kö, reser i kö. Men i kvantvärlden, en spridd partikel får en sprucken kvalitet, sprider sig i flera riktningar. Att vända dess kvantutveckling är som att vända på ringarna som skapas när en sten kastas i en damm.

I naturen, återställa denna partikel tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd – i huvudsak, att sätta ihop den trasiga tekoppen igen — är omöjligt.

Huvudproblemet är att du skulle behöva ett "supersystem, "eller yttre kraft, att manipulera partikelns kvantvågor vid varje punkt. Men, forskarna konstaterar, tidslinjen som krävs för att detta supersystem spontant ska dyka upp och korrekt manipulera kvantvågorna skulle sträcka sig längre än själva universums.

Oavskräckt, teamet satte sig för att avgöra hur denna komplexitet skulle kunna övervinnas, åtminstone i princip. Deras algoritm simulerade en elektronspridning av ett tvånivås kvantsystem, "imiterad" av en kvantdator qubit - den grundläggande enheten för kvantinformation - och dess relaterade utveckling i tiden. Elektronen går från en lokaliserad, eller "sett, " stat, till en spridd. Sedan kastar algoritmen processen i omvänd riktning, och partikeln återgår till sitt ursprungliga tillstånd – med andra ord, den rör sig bakåt i tiden, om så bara med en liten bråkdel av en sekund.

Med tanke på att kvantmekaniken styrs av sannolikhet snarare än säkerhet, oddsen för att uppnå denna tidsresa var ganska bra:Algoritmen levererade samma resultat 85 procent av tiden i en kvantdator med två kvantbitar.

"Vi gjorde det som tidigare ansågs omöjligt, " sa Argonne seniorforskare Valerii Vinokur, som ledde forskningen.

Resultatet fördjupar vår förståelse av hur termodynamikens andra lag – att ett system alltid kommer att röra sig från ordning till entropi och inte tvärtom – fungerar i kvantvärlden. Forskarna visade i tidigare arbete att, genom att teleportera information, ett lokalt brott mot den andra lagen var möjlig i ett kvantsystem uppdelat i avlägsna delar som kunde balansera varandra.

"Resultaten ger också en nick till tanken att irreversibilitet är resultatet av mätning, lyfta fram den roll som begreppet "mätning" spelar i själva grunden för kvantfysiken, " sa artikelns medförfattare Gordey Lesovik från Moskvas institut för fysik och teknik.

Detta är samma uppfattning som den österrikiska fysikern Erwin Schrödinger fångade med sitt berömda tankeexperiment, där en katt som är förseglad i en låda kan förbli både död och levande tills dess status övervakas på något sätt. Forskarna suspenderade sin partikel i denna superposition, eller form av kvantlimbo, genom att begränsa deras mått.

"Detta var den väsentliga delen av vår algoritm, Vinokur sa. "Vi mätte systemets tillstånd i början och i slutet, men störde inte i mitten."

Fyndet kan så småningom möjliggöra bättre metoder för felkorrigering på kvantdatorer, där ackumulerade fel genererar värme och föder nya. En kvantdator som effektivt kan hoppa tillbaka och åtgärda fel när den fungerar kan fungera mycket mer effektivt.

"I detta ögonblick, det är väldigt svårt att föreställa sig alla konsekvenser detta kan få, " sa Vinokur. "Jag är optimistisk, och jag tror att det kommer att bli många."

Studien väcker också frågan, kan forskarna nu komma på ett sätt att göra äldre människor unga igen? "Kanske, "Vinokur skämt, "med rätt finansiering."