Млечный Путь Номер 1 (27) 2019 год - Ефим Аронович Гаммер
Как заставить время течь вспять
Далее ученые попытались обратить время вспять в эксперименте. Вместо электрона наблюдалось состояние квантового компьютера, состоявшего сначала из двух, а затем из трех элементов - сверхпроводящих кубитов.
Эксперимент включает четыре стадии. Стадия порядка: все кубиты приводятся в состояние "0", которое называют основным. Этот момент соответствует локализации электрона в небольшом участке пространства. Система упорядочена - образно говоря, бильярдные шары выстроены в пирамиду.
Четыре стадии реального эксперимента с квантовым компьютером повторяют аналогичные стадии мысленного эксперимента с электроном в космосе и фантастического примера с бильярдными шарами. Все три системы развиваются от порядка к хаосу, после чего их состояние внезапно меняется за счет точного внешнего воздействия и начинает развиваться в обратную сторону.
Далее наступает стадия деградации, и порядок утрачивается. Подобно тому, как электрон расплывается в пространстве, а пирамида разбивается от удара, состояние кубитов начинает причудливым образом усложняться. Для этого на короткое время запускается компьютерная программа эволюции. Подобная деградация так или иначе произошла бы сама из-за взаимодействия с окружением, ведь система стремится к хаосу. Но контролируемая программа автономной эволюции системы сделает возможной последнюю стадию эксперимента.
Затем происходит обращение времени. Специальная программа преобразует состояние квантового компьютера так, чтобы в дальнейшем оно развивалось наоборот, от хаоса к порядку. Эта операция аналогична случайной флуктуации поля в случае с электроном, только теперь она умышленная. В примере с пирамидой можно представить, как кто-то пнул или потряс бильярдный стол с бесконечно точным расчетом.
Наконец на стадии регенерации повторно запускается та же программа эволюции, которая ранее вызывала нарастание хаоса. И если "пинок" был успешен, то состояние кубитов начинает отматываться назад, в прошлое, как если размытый электрон вновь локализуется, а шары, пройдя по своим траекториям из прошлого задом наперед, сложатся в пирамиду.
Ученые установили, что в 85% случаев после преобразования компьютер из двух кубитов действительно возвращался обратно в исходное состояние. В случае с тремя кубитами ошибки случались чаще - в половине случаев. Однако, по словам авторов, это объясняется несовершенством квантового компьютера. С развитием техники ошибка будет уменьшаться.
Более того, сам алгоритм обращения времени тоже может в будущем сделать квантовый компьютер точнее. "Наш алгоритм можно доработать и использовать для проверки программ квантового компьютера, а также для устранения помех и сбоев в его работе", - заключил Андрей Лебедев.
***
Тайны экзопланет и бродячие звезды
Данные космического телескопа "Gaia" позволили астрономам "отмотать время назад" и выяснить, что экзопланета, изгнанная из своей системы в далеком прошлом, была спасена оказавшейся по близости двойной звездой, оградившей ее от блуждания в полной темноте.
"Одной из загадок далеких планетных систем являются миры, которые вращаются вокруг своих звезд под большим наклоном к плоскости диска, в котором были рождены. Возможным объяснением этому является воздействие пролетающих мимо звезд, однако ранее у нас не было доказательств таких событий. Теперь же мы получили свидетельства того, что такое вторжений имело место в одной из систем нашей Галактики", - рассказывает Пол Калас, ведущий автор исследования из Калифорнийского университета (США).
Существование некоторых специфических аспектов нашей Солнечной системы, среди которых облако Оорта, карликовые планеты на странных орбитах и, если она действительно существует, Планета Девять, возможно, связано со вторжением звезды, произошедшим в далеком прошлом. Однако с тех пор прошло много времени, и все прямые свидетельства такого события, скорее всего, уже были стерты. Поэтому в поисках косвенных доказательств астрономы обращают свой взор на молодые системы, которые могут хранить следы прошлых воздействий.
Одной из таких целей стала система звезды HD 106906, которая проживает на расстоянии около 300 световых лет от Земли в направлении созвездия Южный Крест. В 2015 году у нее была открыта превосходящая по массе Юпитер в 11 раз экзопланета HD 106906 b на весьма необычной орбите: она вращается под углом 21 градус к плоскости диска, содержащего весь остальной материал в окружении светила, и в момент обнаружения планета была удалена от звезды на 738 астрономических единиц. Такое расположение явно указывало на какой-то процесс, нарушивший стройность системы.
В 2017 году теоретики предположили, что причиной столь необычного расположения HD 106906 b является либо взаимодействие с другой планетой, либо вторжение проходящей мимо звезды. Пол Калас и его команда заявляют, что справедливо и то, и то.
Звезда HD 106906 и двойная система, которая спасла HD 106906 b от блуждания в темноте пространства. Credit: Paul Kalas
Чтобы это выяснить, астрономы проанализировали данные наблюдений "Gaia" за звездами в окружении HD 106906. Отмотав время назад и отследив пути 461 кандидата, исследователи выбрали одного, который 3 миллиона лет назад проходил рядом со звездой HD 106906 и мог повлиять на ее систему.
"Мы нашли двойную звезду, которая могла бы дать HD 106906 b дополнительный гравитационный "пинок", второй после того, как она практически была выброшена из системы. Он предоставил планете второй шанс и позволил ей остаться в системе, а не улететь прочь", - пояснил Пол Калас.
Изучение окружения HD 106906, как отмечают исследователи, позволяет заглянуть в прошлое Солнечной системы, когда наши планеты-гиганты выбрасывали на ее окраины бесчисленные кометы, многие из которых становились межзвездными, подобно Оумуамуа, а некоторые, благодаря близкому пролету звезды или звезд, оставались дома.
"Эта цепь событий могла сохранить самый примитивный материал Солнечной системы в глубокой заморозке вдали от Солнца, который на протяжении миллиардов лет остается в первозданном виде", - заключил Пол Калас.
***
Самые далекие сверхмассивные черные дыры
Астрономы из Японии, Тайваня и Принстонского университета (США) обнаружили 83 квазара, питаемых сверхмассивными черными дырами в далекой Вселенной, в момент времени, когда ее возраст составлял менее 10 процентов от текущего значения. Открытие значительно увеличивает число космических монстров, известных в ту эпоху, и впервые показывает, насколько они были распространены. Кроме того, оно дает новое представление о влиянии черных дыр на физическое состояние газа в первый миллиард лет истории Вселенной.
"Примечательно, что такие массивные плотные объекты смогли сформироваться так скоро после Большого взрыва. Понимание того, как черные дыры образовывались в ранней Вселенной и насколько они были распространены, является открытой проблемой современных космологических моделей", - рассказывает Майкл Стросс, участник исследования из Принстонского университета.
Сверхмассивные черные дыры, найденные в центрах галактик, могут быть в миллионы или даже миллиарды раз массивнее Солнца. Хотя они распространены сегодня, неясно, когда они впервые
