يمكن شحن البطاريات الكمومية عن طريق عكس الزمن

يمكن يومًا ما استخدام طريقة يمكنها عكس تدفق الوقت في الأنظمة الكمومية للمساعدة في شحن البطاريات الكمومية.

في كل عملية نلاحظها في الكون، يبدو أن الأحداث تحدث في اتجاه واحد فقط، يتبع سهمًا واضحًا للزمن. لكن معظم القوانين والمعادلات الفيزيائية تعمل سواء كان الزمن يتدفق للأمام أو للخلف.

لدى الفيزيائيين تفسيرات مختلفة لسبب وجود تناقض بين سهم الزمن الأمامي المرصود والتدفق المسموح به في الاتجاهين. على سبيل المثال، ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الأنظمة من المرجح أن تصبح مضطربة مع مرور الوقت، مما يخلق اتجاهًا مفضلاً للوقت.

في العالم الكمي، يتم تعريف سهم الزمن بشكل مختلف. يمكن للعمليات الكمومية، مثل قوانين الفيزياء الكلاسيكية، أن تسير في أي من الاتجاهين، لكن يمكننا تحديد سهم الزمن من خلال مقارنة قياساتنا للنظام الكمي مع حساباتنا لكيفية تغير النظام الكمي بمرور الوقت. عندما تتوافق هذه مع نمط إحصائي معين، يمكننا القول أن النظام يتحرك للأمام في الوقت المناسب.

الآن، وجد لويس بيدرو جارسيا بينتوس – من مختبر لوس ألاموس الوطني في نيو مكسيكو – وزملاؤه طريقة لتقليد هذا التوقيع الإحصائي عن طريق الهندسة العكسية للتغييرات التي تجريها القياسات على النظام الكمي وإبطالها بشكل فعال، مما يجعلها تبدو للمراقب كما لو كان النظام الكمي يعمل إلى الوراء في الوقت المناسب.

يقول غارسيا بينتوس: “نحن نطبق مجالات وأدوات تحكم على النظام يمكنها التراجع عما يحدث بسبب القياسات”. “إذا كان القياس سيدفع نظامي إلى الأعلى، فيمكنني أن أجعله يتراجع. ولأننا قادرون على التصدي للقياسات الفعالة، يمكننا إنتاج مسارات أكثر اتساقًا مع كون العملية كانت للخلف وليس للأمام”.

على سبيل المثال، يقترح الفريق أنه يمكنك التعامل مع سهم الزمن في الكيوبت، وهو المكون الحسابي للكمبيوتر الكمي، عن طريق قياس إحدى خصائصه، مثل دورانه، ولكن بطريقة غير مباشرة لتجنب الإخلال بالحالة الكمومية الدقيقة للكيوبت، مما يسمح بقياسه باستمرار أثناء تغيره بمرور الوقت. يمكن بعد ذلك استخدام هذه الإشارة لحساب كيفية تغيير شكل سهم الوقت من خلال تطبيق نبضة من إشعاع الميكروويف.

يقول غارسيا بينتوس إن هذه التقنية يمكن أن تسمح أيضًا بحصد الطاقة من الأنظمة الكمومية حيث يتعين عليك إجراء قياسات، الأمر الذي قد يكون مفيدًا يومًا ما لتطبيقات مثل البطاريات الكمومية أو المحركات الكمومية المصغرة. وذلك لأنه عندما يتم إجراء قياس على نظام كمي، فإنه يضخ الطاقة في هذا النظام.

لكن التعديلات الدقيقة التي تم إجراؤها لتقليد سهم الزمن الكمي المتغير يمكن أن تعيد توجيه هذه الطاقة بشكل فعال، وتحصدها لاستخدامات أخرى. يقول غارسيا بينتوس: “ونتيجة لذلك، فإنك تستخرج الطاقة منه”. “لديك آلية تستخدم فيها القياسات كمورد ديناميكي حراري.”

إنها فكرة ذكية، كما يقول ماورو باتيرنوسترو من جامعة كوينز بلفاست بالمملكة المتحدة، لكن الإعداد المقترح محدد ومصمم بطريقة لا تنطبق على العديد من الأنظمة الكمومية الحقيقية.

من المهم أيضًا أن نفهم أن ذلك لا يخالف القانون الثاني للديناميكا الحرارية، كما يقول باتيرنوسترو، لأنه يتعين عليك إنفاق الطاقة لتقليل اضطراب النظام. يقول: “عندما أدخل غرفة ابني، تكون الفوضى: الكرات هنا وهناك، والملابس موزعة في جميع أنحاء الغرفة. إذا قمت بعمل، وتنظيفها وطلب الأشياء، فإن ذلك سيقلل من مقدار الفوضى في تلك الغرفة، ولكن كان علي أن أبذل بعض الطاقة”. “وهذا بالضبط ما يظهرونه من خلال آلية التحكم الخارجية الخاصة بهم.”