În lumea pe care o cunoaștem, timpul curge într-o singură direcție. Însă, la nivel cuantic, unde regulile fizicii clasice nu mai sunt suficiente pentru a explica toate fenomenele, oamenii de știință încearcă să afle dacă și direcția evoluției proceselor poate fi controlată, potrivit Science Alert.
O asemenea posibilitate ar putea deschide noi căi pentru prelucrarea informațiilor, în special în domeniul calculului cuantic. Iar cercetătorii cred că ar putea fi mai aproape de acest obiectiv decât se așteptau.
Fizicieni din Coreea de Sud au propus o metodă de realizare a unui qubit temporal, un sistem cuantic ce poate evolua în două direcții temporale opuse, în același timp. Partea surprinzătoare este că dovezile experimentale pe care se bazează teoria provin dintr-un experiment realizat în 2018, cu un cu totul alt scop.
Într-un nou studiu publicat pe platforma arXiv, fizicianul Tai Hyun Yoon, de la Universitatea Korea, descrie ceea ce numește un qubit temporal cu un singur foton, inițiat de vidul cuantic. Cercetătorul a arătat că un experiment mai vechi, realizat împreună cu echipa sa, ar fi demonstrat deja, fără ca autorii să își dea seama la momentul respectiv, unele dintre proprietățile necesare acestui sistem.
Ce este un qubit temporal
Ideea qubitului temporal este relativ recentă. Ea a fost prezentată în noiembrie 2025 de fizicianul Yakov Bloch, de la Universitatea din Tel Aviv.
Conceptul nu presupune că o particulă sau un qubit poate călători efectiv în trecut. Mai degrabă, este vorba despre un sistem cuantic capabil să evolueze în două direcții temporale opuse, aflate simultan într-o superpoziție cuantică.
Pentru a înțelege mai ușor ideea, ne putem imagina un ceas ale cărui ace se rotesc simultan atât în sensul acelor de ceasornic, cât și în sens invers. Comparația este doar o analogie: timpul în sine nu este dat înapoi, ci este controlată direcția în care se desfășoară un proces cuantic.
La momentul redactării studiului lui Yoon, această propunere rămânea la nivel teoretic. Cercetătorul sud-coreean a abordat însă problema dintr-o altă direcție, folosind lumina în locul câmpurilor magnetice pentru a controla evoluția cuantică.
Cum ar putea fi inversată direcția unui proces cuantic
Yoon a folosit două cristale care produc perechi de fotoni, particule de lumină legate printr-o proprietate cuantică numită inseparabilitate cuantică sau entanglement. Câte un foton din fiecare pereche este folosit pentru a crea qubitul temporal.
Tehnica se bazează pe interferența dintre lumina produsă de cele două surse. Cercetătorii pot controla modul în care se desfășoară procesul cuantic modificând o proprietate a luminii numită fază. Atunci când aceasta este schimbată cu jumătate de ciclu, sensul unei părți a procesului cuantic se inversează. Astfel, procesul poate evolua în direcția opusă.
Acest lucru nu înseamnă că timpul se întoarce propriu-zis. Cercetătorii reușesc să schimbe sensul în care se desfășoară o anumită interacțiune cuantică.
În fizica cuantică, evoluția unui sistem este descrisă matematic printr-un operator numit Hamiltonian, care arată cum se schimbă starea sistemului în timp. Inversarea semnului unei componente a acestuia poate schimba sensul evoluției pe care o descrie.
În metoda propusă de Yoon, nu este inversat întregul proces cuantic, ci doar partea care poate fi controlată prin modificarea fazei luminii. Astfel, sistemul poate fi pregătit să evolueze în două sensuri opuse, o proprietate esențială pentru realizarea unui qubit temporal.
Totuși, existența acestor două direcții nu este suficientă pentru a forma un qubit temporal. Este necesară și superpoziția cuantică, prin care cele două posibilități coexistă în același sistem.
Rolul luminii laser în experiment
Un rol esențial în această metodă îl are folosirea aceleiași surse laser pentru cele două cristale. În mod obișnuit, în urma producerii fotonilor pot rămâne indicii care permit identificarea sursei din care provin. Dacă se poate afla care dintre cele două cristale a produs fotonul, cele două posibilități nu mai pot forma superpoziția cuantică necesară.
Folosirea aceleiași surse laser ajută la eliminarea acestor indicii, astfel încât cele două procese, care evoluează în sensuri opuse, să poată interfera.
În acest fel, un singur foton poate codifica două posibilități cuantice: evoluția unui proces într-un sens sau în sensul opus. Aceasta este proprietatea care stă la baza qubitului temporal.
Cercetătorii au reinterpretat un experiment din 2018
Pentru a susține fezabilitatea metodei, Yoon nu a fost nevoit să construiască un experiment complet nou. El a reanalizat măsurători obținute în experimente realizate anterior împreună cu alți cercetători, inclusiv unul din 2018.
Aceste experimente demonstraseră deja comportamente dependente de fază și fenomene de interferență compatibile cu cerințele noii teorii. Prin reinterpretarea datelor, Yoon a arătat că instalația experimentală ar putea fi înțeleasă ca o implementare a unui qubit temporal cu un singur foton.
Există însă o limitare importantă: datele nu au fost colectate inițial pentru a testa această teorie. Prin urmare, rezultatul reprezintă mai degrabă o demonstrație de principiu decât o confirmare experimentală completă.
Un experiment conceput special pentru acest scop, cu un control mai precis asupra stărilor cuantice, ar putea testa întregul set de operații prevăzute de teorie.
Ce ar putea însemna descoperirea pentru calculul cuantic
Dacă metoda va fi confirmată prin experimente dedicate, qubiții temporali ar putea contribui la dezvoltarea unor noi tehnici de procesare a informației cuantice.
În concluzia sa, Yoon indică posibilitatea conectării acestor qubiți la sisteme cuantice capabile să corecteze erorile, precum și utilizarea lor în procesarea informației cu mai multe niveluri cuantice și în simularea unor fenomene din fizica relativistă.
Aceste aplicații sunt însă perspective de cercetare, nu rezultate deja demonstrate. Studiul lui Yoon nu arată că oamenii au descoperit o metodă de a călători în timp, ci propune o modalitate de a controla matematic sensul unei interacțiuni cuantice și de a exploata superpoziția dintre două evoluții opuse.
Cercetarea nu a fost încă evaluată de experți prin procesul de peer review și este disponibilă pe platforma științifică arXiv.
