Einer internationalen Gruppe von Physikern gelang es, den Zeitverlauf für ein Paar miteinander verbundener Teilchen umzukehren. Die Forscher haben bewiesen, dass für quantenverbundene Qubits (Quantenbits) der zweite Hauptsatz der Thermodynamik spontan verletzt wird, wonach in isolierten Systemen alle Prozesse nur in Richtung zunehmender Entropie verlaufen. Dies wird in einem im arXiv.org-Repository veröffentlichten Preprint gemeldet.
Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik geht die Zeit nur in eine Richtung, in der die Störung (Entropie) in makroskopischen Systemen zunimmt. Beispielsweise wird Wärme von erhitzten auf kalte Körper übertragen, jedoch niemals von kalten auf erhitzte Körper. Unidirektionalität wird in Form von Statistiken erklärt, da es viel mehr Unordnungszustände gibt, in denen Körper sein können als geordnete. Die Umkehrung des Zeitpfeils, dh der Übergang von der Störung zur Ordnung, ist daher viel weniger wahrscheinlich.
In Quantensystemen wird ein solcher Übergang jedoch als machbar angesehen. Es wird gezeigt, dass für ein System, das aus zwei miteinander verbundenen (korrelierten) Qubits besteht, die Teilchen mit halb ganzzahligem Spin sind, der Zeitpfeil in der Lage ist, sich umzukehren. Wissenschaftler, die Kernspinresonanz verwenden, bei der die Atomkerne elektromagnetische Energie absorbieren, "erhitzten" beide Qubits auf unterschiedliche Temperaturen und veränderten die Energie ihrer Spins. Danach verfolgten die Physiker experimentell Änderungen ihrer Temperatur und bestimmten so die Richtung des Wärmeflusses.
Die Kerne von Kohlenstoff-13 und Wasserstoff in einer Chloroformlösung wurden als Qubits genommen. Die Lösung wurde in einen supraleitenden Magneten gegeben, der ein in Längsrichtung gerichtetes statisches elektromagnetisches Feld erzeugte. Das miteinander verbundene Partikelsystem wurde unter Verwendung von transversalen Hochfrequenzfeldern manipuliert. Wissenschaftler haben den Prozess des Energietransfers zwischen Kernen auf einer Skala von mehreren Millisekunden verfolgt, was viel weniger ist als die Zeit, die die Korrelation benötigt, um zusammenzubrechen.
Die Forscher fanden heraus, dass in dem Zustand, in dem die Partikel nicht miteinander verbunden sind, der Zeitpfeil die übliche Richtung hat. Ein kaltes Qubit erhitzte sich und ein heißes kühlte ab. In dem Fall, in dem die Qubits korreliert waren, dh quantenverschränkt, floss die Wärme spontan in die entgegengesetzte Richtung. Laut Wissenschaftlern sollte dieses Phänomen auch in Systemen auftreten, die aus einer größeren Anzahl miteinander verbundener Partikel bestehen.
