Fyzici donutili čas běžet pozpátku. Ne ve filmu, ale v reálném kvantovém systému v americké laboratoři

Fyzici z Los Alamos a NIST publikovali protokol, který v kvantovém systému statisticky obrací směr času. Nejde o sci-fi, ale o měření a zpětnou vazbu.

Zdroj fotografie: Pexels

Tým z Los Alamos National Laboratory a NIST při University of Maryland představil v únoru 2026 studii, která ukazuje, jak pomocí nepřetržitého měření a chytré zpětné vazby přepsat takzvanou statistickou šipku času u monitorovaného kvantového systému. Konkrétně: kvantové trajektorie, tedy záznamy toho, jak se systém vyvíjí v čase, začnou po zásahu zpětné vazby vypadat pravděpodobněji jako zpětné než dopředné. Žádné přetáčení vesmíru, žádná cesta do minulosti. Jde ale o fyzikálně přesný a experimentálně realizovatelný způsob, jak donutit mikroskopický kvantový systém chovat se statisticky tak, jako by čas plynul opačně. Práce s názvem „Reshaping the Quantum Arrow of Time“ vyšla 19. února 2026 v prestižním časopise Physical Review X a autoři v ní výslovně navrhují jako přirozený další krok experimentální ověření na supravodivých qubitech.

Co znamená pojem „čas běží pozpátku“ v kvantové fyzice

Základní rovnice kvantové mechaniky jsou časově symetrické – fungují stejně, ať je řešíte dopředu, nebo pozpátku. Asymetrii, tedy pocit, že čas má určitý směr, zavádí až měření. Pokaždé, když kvantový systém sledujeme, měření zpětně ovlivňuje jeho stav. Vzniká tak stochastická trajektorie, jejíž směr lze statisticky vyhodnotit.

Autoři studie to kvantifikují pomocí logaritmu poměru pravděpodobností dopředné a zpětné trajektorie, veličiny ln R. Když je ln R kladné, trajektorie odpovídá dopřednému směru času. Když klesne na nulu, rozdíl mezi oběma směry se statisticky stírá. A když se dostane do záporných hodnot, systém se statisticky chová, jako by čas běžel pozpátku. U modelového qubitu s konkrétním nastavením zpětné vazby (parametr X = −4) vychází průměrná hodnota ln R přibližně −0,5. Statistická šipka času se tak obrací.

Zpětná vazba jako ovladač směru času

Klíčovým nástrojem je hamiltonián zpětné vazby, tedy matematický předpis, který na základě výsledků měření v reálném čase upravuje chování systému. Autoři sestavili explicitní operátor, který dokáže účinek měření rušit, zesilovat nebo „překlopit“ do opačného režimu. Při hodnotě parametru X = −3 se statistická šipka času v průměru vymaže. Při X = −4 už trajektorie vypadají pravděpodobněji jako zpětné než dopředné.

Nejde jen o akademické cvičení. Studie ukazuje, že měření observablu, který nekomutuje s hamiltoniánem systému, může do systému dodávat energii. Zpětná vazba ji pak dokáže opět odebrat. Vzniká tak koncept „měřením poháněného motoru“, jehož zdrojem energie není tepelná lázeň jako v klasické termodynamice, ale samotný akt kvantového měření. Analogie s Maxwellovým démonem, hypotetickým agentem, který využívá informaci o stavu systému k vyvolání jinak nepravděpodobných procesů, je zde velmi výstižná.

Není to totéž jako starší experiment IBM

V roce 2019 vzbudila pozornost práce na kvantovém počítači IBM, která rovněž tvrdila, že „obrátila čas“. Šlo ale o něco jiného: algoritmus vrátil připravený kvantový stav zpět do výchozí podoby, s úspěšností 85 % u dvou qubitů a 49 % u tří. Šlo tedy o návrat jedné konkrétní evoluce pomocí kvantového obvodu.

Nová studie z Los Alamos a NIST řeší fundamentálnější otázku. Nepřetáčí jeden konkrétní stav, ale mění statistický charakter celé třídy trajektorií. Navíc přidává praktické nástroje, například emulaci zpětné dynamiky otevřeného systému, při níž klesá von Neumannova entropie – přesný opak běžné otevřené dynamiky, kde entropie roste.

Teoretický protokol s realistickými parametry

Důležitá poznámka: studie je teoreticko-simulační práce, nikoli zpráva o hotovém laboratorním experimentu na konkrétním zařízení. Autoři ale pracují s experimentálně realistickými parametry (účinnost detekce kolem 70–80 %, zpoždění zpětné vazby kratší než koherenční časy systému) a výslovně uvádějí, že supravodivé qubity představují přirozenou platformu pro první demonstraci. Není to náhoda: právě na supravodivých qubitech už dříve proběhly úspěšné experimenty s Maxwellovým démonem i kvantovou zpětnou vazbou, takže potřebná infrastruktura existuje.

Kdy přijde laboratorní ověření, studie neuvádí. Technologická vzdálenost mezi simulací a experimentem na reálném hardwaru je však u supravodivých qubitů výrazně menší než u řady jiných kvantových technologií.

Je to důležité pro budoucnost kvantových technologií

Největší přínos studie neleží v titulkovém „obrácení času“, ale v tom, co z něj plyne pro kvantové inženýrství. Měření přestává být pouhým odečtem hodnoty a stává se aktivním nástrojem řízení systému i potenciálním zdrojem energie. Pro návrháře kvantových počítačů to otevírá nové možnosti přípravy kvantových stavů, řízení šumu i práce s otevřenými systémy.

Autoři sami upozorňují, že jejich veličina ln R „nevysvětluje původ šipky času“ ve vesmíru. Ukazuje ale, jak lze se statistickou šipkou času v laboratorních podmínkách pracovat. A to je pro budoucnost kvantových technologií cennější než jakýkoli časostroj.