Моделирование гипотетических путешествий во времени
Физики показали, что моделирование моделей гипотетических путешествий во времени может решить экспериментальные проблемы, которые невозможно решить с помощью стандартной физики. Если бы игроки, инвесторы и квантовые экспериментаторы могли повернуть стрелу времени, их преимущество было бы значительно выше, что привело бы к значительно лучшим результатам. Исследователи из Кембриджского университета показали, что, манипулируя запутанностью — особенностью квантовой теории, которая заставляет частицы быть неразрывно связанными — они могут моделировать то, что могло бы произойти, если бы можно было путешествовать назад во времени. Чтобы игроки, инвесторы и квантовые экспериментаторы могли в некоторых случаях задним числом изменить свои прошлые действия и улучшить результаты в настоящем. Могут ли частицы путешествовать назад во времени — спорный вопрос среди физиков, хотя учёные ранее моделировали модели того, как такие пространственно-временные петли могли бы вести себя, если бы они действительно существовали.
Соединив свою новую теорию с квантовой метрологией, которая использует квантовую теорию для проведения высокочувствительных измерений, команда из Кембриджа показала, что запутанность может решить проблемы, которые в противном случае кажутся невозможными. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. «Представьте, что вы хотите послать кому-то подарок: вам нужно отправить его в первый день, чтобы быть уверенным, что он будет доставлен на третий день», — сказал ведущий автор Дэвид Арвидссон-Шукур из Кембриджской лаборатории Hitachi. «Однако вы получаете список пожеланий этого человека только на второй день. Таким образом, в этом сценарии с уважением к хронологии вы не можете заранее знать, что они захотят в качестве подарка, и убедиться, что вы отправите правильный».
«Теперь представьте, что вы можете изменить то, что отправляете в первый день, с помощью информации из списка желаний, полученного на второй день. Наша симуляция использует манипуляции с квантовой запутанностью, чтобы показать, как вы можете задним числом изменить свои предыдущие действия, чтобы гарантировать, что конечный результат будет именно тем, который вы хотите." Моделирование основано на квантовой запутанности, которая состоит из сильных корреляций, которые квантовые частицы могут разделять, а классические частицы, подчиняющиеся повседневной физике, — нет. Особенность квантовой физики состоит в том, что если две частицы находятся достаточно близко друг к другу, чтобы взаимодействовать, они могут оставаться связанными, даже когда их разделяют. Это основа квантовых вычислений — использование связанных частиц для выполнения вычислений, слишком сложных для классических компьютеров.
«В нашем предложении экспериментатор запутывает две частицы», — сказала соавтор Николь Юнгер Халперн, исследователь из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета Мэриленда. «Затем первую частицу отправляют для использования в эксперименте. Получив новую информацию, экспериментатор манипулирует второй частицей, чтобы эффективно изменить прошлое состояние первой частицы, меняя результат эксперимента». «Эффект потрясающий, но он случается только один раз из четырех», — сказал Арвидссон-Шукур. «Другими словами, вероятность неудачи симуляции составляет 75%. Но хорошая новость в том, что вы знаете, если вы потерпели неудачу. Если мы продолжим нашу аналогию с даром, то в одном из четырех случаев подарок будет желанным (например, брюки), в другой раз это будут брюки, но не того размера, или не того цвета, или это будет куртка». Чтобы придать своей модели актуальность для технологий, теоретики связали ее с квантовой метрологией. В обычном эксперименте по квантовой метрологии фотоны — маленькие частицы света — освещают интересующий образец, а затем регистрируются камерой специального типа. Чтобы этот эксперимент был эффективным, фотоны должны быть определенным образом подготовлены, прежде чем они достигнут образца.
Исследователи показали, что даже если они научатся лучше всего готовить фотоны только после того, как фотоны достигнут образца, они смогут использовать моделирование путешествий во времени, чтобы задним числом изменить исходные фотоны. Чтобы противодействовать высокой вероятности неудачи, теоретики предлагают отправить огромное количество запутанных фотонов, зная, что некоторые из них в конечном итоге будут нести правильную, обновленную информацию. Затем они использовали фильтр, чтобы гарантировать, что правильные фотоны попадут в камеру, в то время как фильтр отклоняет остальные «плохие» фотоны. «Вспомните нашу предыдущую аналогию с подарками», — сказал соавтор Эйдан МакКоннелл, который проводил это исследование во время получения степени магистра в Кавендишской лаборатории в Кембридже, а сейчас является доктором философии. студент ETH, Цюрих. «Предположим, отправка подарков стоит недорого, и мы можем отправить множество посылок в первый день. На второй день мы знаем, какой подарок нам следует отправить. К тому времени, когда посылки прибудут на третий день, каждый четвертый подарок будет правильным, и мы выбираем их, сообщая получателю, какие поставки следует выбросить».
«То, что нам нужно использовать фильтр, чтобы наш эксперимент сработал, на самом деле очень обнадеживает», — сказал Арвидссон-Шукур. «Мир был бы очень странным, если бы наша симуляция путешествий во времени работала каждый раз. Теория относительности и все теории, на которых мы строим наше понимание нашей Вселенной, были бы выброшены в окно». «Мы предлагаем не машину для путешествий во времени, а скорее глубокое погружение в основы квантовой механики. Эти симуляции не позволяют вам вернуться назад и изменить свое прошлое, но они позволяют вам создать лучшее будущее, исправив вчерашние проблемы». сегодня."
