Waktu berjalan dalam satu arah: maju. Anak laki-laki kecil menjadi lelaki tua tetapi tidak sebaliknya; cangkir teh pecah tetapi tidak pernah secara spontan merakit kembali. Sifat kejam dan abadi dari alam semesta ini, yang disebut "panah waktu", pada dasarnya merupakan konsekuensi dari hukum kedua termodinamika, yang menentukan bahwa sistem akan selalu cenderung menjadi lebih tidak teratur seiring berjalannya waktu. Namun baru-baru ini, para peneliti dari AS dan Rusia telah sedikit membengkokkan panah itu - setidaknya untuk partikel subatomik.
Dalam studi baru, yang diterbitkan Selasa (12 Maret) dalam jurnal Scientific Reports, para peneliti memanipulasi panah waktu menggunakan komputer kuantum sangat kecil yang terbuat dari dua partikel kuantum, yang dikenal sebagai qubit, yang melakukan perhitungan.
Pada skala subatomik, di mana aturan aneh mekanika kuantum berlaku, fisikawan menggambarkan keadaan sistem melalui konstruksi matematika yang disebut fungsi gelombang. Fungsi ini adalah ekspresi dari semua keadaan yang memungkinkan sistem dapat berada dalam - bahkan, dalam kasus partikel, semua lokasi yang mungkin bisa berada di - dan probabilitas sistem berada di salah satu keadaan tersebut pada waktu tertentu . Secara umum, seiring berjalannya waktu, fungsi gelombang menyebar; Lokasi partikel yang mungkin bisa lebih jauh jika Anda menunggu satu jam daripada jika Anda menunggu 5 menit.
Membatalkan penyebaran fungsi gelombang seperti mencoba memasukkan susu yang tumpah ke dalam botol. Tapi itulah yang dicapai para peneliti dalam percobaan baru ini.
"Pada dasarnya tidak ada kemungkinan hal ini terjadi dengan sendirinya," kata ketua peneliti Valerii Vinokur, seorang ahli fisika di Argonne National Laboratory di Illinois, kepada Live Science. "Seperti pepatah itu, di mana jika kamu memberi monyet mesin tik dan banyak waktu, dia mungkin menulis Shakespeare." Dengan kata lain, secara teknis dimungkinkan tetapi sangat tidak mungkin juga tidak mungkin.
Bagaimana para ilmuwan membuat hal yang pada dasarnya mustahil terjadi? Dengan mengontrol eksperimen dengan hati-hati.
"Anda benar-benar membutuhkan banyak kontrol untuk membuat semua pecahan cangkir teh kembali," kata Stephen Bartlett, profesor fisika di University of Sydney, kepada Live Science. Bartlett tidak terlibat dalam penelitian ini. "Anda harus memiliki banyak kendali atas sistem untuk membuatnya melakukan itu ... dan komputer kuantum adalah sesuatu yang memungkinkan kita memiliki kontrol yang sangat besar atas sistem kuantum yang disimulasikan."
Para peneliti menggunakan komputer kuantum untuk mensimulasikan partikel tunggal, fungsi gelombangnya menyebar dari waktu ke waktu seperti riak di kolam. Kemudian, mereka menulis sebuah algoritma di komputer kuantum yang membalikkan evolusi waktu dari setiap komponen fungsi gelombang, pada dasarnya menarik riak itu kembali ke dalam partikel yang membuatnya. Mereka mencapai prestasi ini tanpa meningkatkan entropi, atau gangguan di tempat lain di alam semesta, tampaknya menentang panah waktu.
Apakah ini berarti para peneliti membuat mesin waktu? Apakah mereka melanggar hukum fisika? Jawabannya adalah tidak untuk kedua pertanyaan itu. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa tatanan alam semesta harus menurun seiring waktu tetapi tidak bahwa ia tidak akan pernah bisa tetap sama dalam kasus yang sangat khusus. Dan percobaan ini cukup kecil, cukup pendek dan cukup terkontrol sehingga alam semesta tidak mendapatkan maupun kehilangan energi.
"Sangat rumit dan rumit untuk mengirim gelombang ke kolam" begitu mereka dibuat, Vinokur berkata, "tetapi kita melihat bahwa ini mungkin di dunia kuantum, dalam kasus yang sangat sederhana." Dengan kata lain, itu mungkin ketika mereka menggunakan kontrol yang diberikan kepada mereka oleh komputer kuantum untuk membatalkan efek waktu.
Setelah menjalankan program, sistem kembali ke kondisi semula 85 persen. Namun, ketika qubit ketiga diperkenalkan, percobaan berhasil hanya 50 persen dari waktu. Para peneliti mengatakan kompleksitas sistem kemungkinan meningkat terlalu banyak dengan qubit ketiga, sehingga mempersulit komputer kuantum untuk mempertahankan kendali atas semua aspek sistem. Tanpa kontrol itu, entropi tidak dapat ditahan, dan karena itu pembalikan waktu tidak sempurna. Namun, mereka mengincar sistem yang lebih besar dan komputer kuantum yang lebih besar untuk langkah selanjutnya, kata Vinokur kepada Live Science.
"Pekerjaan itu merupakan kontribusi yang bagus untuk dasar-dasar fisika," James Whitfield, seorang profesor fisika di Dartmouth College di New Hampshire, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan kepada Live Science. "Ini mengingatkan kita bahwa tidak semua aplikasi komputasi kuantum harus berorientasi aplikasi agar menarik."
"Inilah tepatnya mengapa kita sedang membangun komputer kuantum," kata Bartlett. "Ini adalah demonstrasi bahwa komputer kuantum dapat memungkinkan kita untuk mensimulasikan hal-hal yang seharusnya tidak terjadi di dunia nyata."
