Симуляції «подорожі в часі назад» можуть покращити наукові експерименти

Фізики показали, що симуляція моделей гіпотетичної подорожі в часі може розв’язувати експериментальні проблеми, які, здається, неможливо вирішити за допомогою стандартної фізики. Якби азартні гравці, інвестори та квантові експериментатори могли перегнути стрілу часу, їх перевага була б значно вищою, що призвело б до значно кращих результатів.

Дослідники з Кембриджського університету показали, що, маніпулюючи заплутаністю — особливістю квантової теорії, яка змушує частинки бути внутрішньо зв’язаними — вони можуть симулювати те, що могло б статися, якби можна було подорожувати назад у часі. Щоб азартні гравці, інвестори та квантові експериментатори могли в деяких випадках заднім числом змінити свої минулі дії та покращити результати в сьогоденні.

Чи можуть частинки подорожувати назад у часі, є суперечливою темою серед фізиків, навіть незважаючи на те, що вчені раніше моделювали моделі того, як могли б поводитися такі петлі простору-часу, якби вони дійсно існували. Поєднавши свою нову теорію з квантовою метрологією, яка використовує квантову теорію для проведення високочутливих вимірювань, команда Кембриджа показала, що заплутаність може розв’язувати проблеми, які інакше здаються неможливими.

«Уявіть, що ви хочете надіслати комусь подарунок: вам потрібно надіслати його в перший день, щоб переконатися, що він прийде на третій день», — сказав провідний автор Девід Арвідссон-Шукур з Кембриджської лабораторії Hitachi. «Однак ви отримуєте список побажань цієї людини лише на другий день. Отже, у цьому сценарії з дотриманням хронології вам неможливо заздалегідь знати, що вони хочуть як подарунок, і переконатися, що ви надсилаєте правильний».

«Тепер уявіть, що ви можете змінити те, що надсилаєте в перший день, за допомогою інформації зі списку побажань, отриманого на другий день. У нашому моделюванні використовується маніпуляція квантовою заплутаністю, щоб показати, як ви можете заднім числом змінити свої попередні дії, щоб гарантувати, що кінцевий результат буде таким, як ви хочете. .»

Моделювання базується на квантовій заплутаності, яка складається з сильних кореляцій, які квантові частинки можуть поділити, а класичні частинки — ті, що керуються повсякденною фізикою — ні.

Особливість квантової фізики полягає в тому, що якщо дві частинки знаходяться досить близько одна до одної, щоб взаємодіяти, вони можуть залишатися зв’язаними, навіть якщо їх розділити. Це основа квантових обчислень — використання зв’язаних частинок для виконання обчислень, надто складних для класичних комп’ютерів.

«У нашій пропозиції експериментатор сплутує дві частинки», — сказала співавтор Ніколь Юнгер Халперн, дослідник Національного інституту стандартів і технологій (NIST) і Університету Меріленда. «Потім першу частинку відправляють для використання в експерименті. Отримавши нову інформацію, експериментатор маніпулює другою частинкою, щоб ефективно змінити попередній стан першої частинки, змінюючи результат експерименту».

«Ефект приголомшливий, але він трапляється лише один раз із чотирьох», — сказав Арвідссон-Шукур. «Іншими словами, симуляція має 75% ймовірність невдачі. Але хороша новина полягає в тому, що ви знаєте, якщо ви зазнали невдачі. Якщо ми залишимося на нашій аналогії з подарунком, один із чотирьох разів, подарунок буде бажаним (наприклад, пара штанів), іншого разу це будуть штани, але не того розміру, або не того кольору, або це буде піджак».

Щоб надати своїй моделі відповідності технологіям, теоретики пов’язали її з квантовою метрологією. У звичайному квантовому метрологічному експерименті фотони — малі частинки світла — потрапляють на зразок, що цікавить, а потім реєструються камерою спеціального типу. Щоб цей експеримент був ефективним, фотони повинні бути підготовлені певним чином, перш ніж вони досягнуть зразка.

Дослідники показали, що навіть якщо вони дізнаються, як найкраще підготувати фотони лише після того, як фотони досягнуть зразка, вони можуть використовувати моделювання подорожі в часі, щоб заднім числом змінити вихідні фотони.

Щоб запобігти високій ймовірності невдачі, теоретики пропонують надсилати величезну кількість заплутаних фотонів, знаючи, що деякі з них зрештою перенесуть правильну оновлену інформацію. Потім вони використовували б фільтр, щоб гарантувати, що правильні фотони проходять до камери, тоді як фільтр відкидає решту «поганих» фотонів.

«Подумайте про нашу попередню аналогію з подарунками», — сказав співавтор Ейдан МакКоннелл, який проводив це дослідження під час отримання ступеня магістра в Кавендішській лабораторії в Кембриджі, а зараз є доктором філософії. студент ETH, Цюріх. «Скажімо, надсилання подарунків недороге, і ми можемо надіслати численні посилки в перший день. На другий день ми знаємо, який подарунок ми повинні були надіслати. До того часу, коли посилки прибудуть на третій день, один з кожних чотирьох подарунків буде правильним, і ми вибираємо їх, повідомляючи одержувачу, які доставки викинути».

«Те, що нам потрібно використовувати фільтр, щоб наш експеримент працював, насправді є досить заспокійливим», — сказала Арвідссон-Шукур. «Світ був би дуже дивним, якби наша симуляція подорожі в часі працювала щоразу. Теорія відносності та всі теорії, на яких ми будуємо наше розуміння нашого Всесвіту, були б з вікна».

«Ми не пропонуємо машину для подорожей у часі, а радше глибоке занурення в основи квантової механіки. Ці симуляції не дозволяють вам повернутися назад і змінити своє минуле, але вони дозволяють створити краще завтра, розв’язувати вчорашні проблеми сьогодні». Джерело