Fizikai parodė, kad imituoti virtualių kelionių laiku modeliai gali išspręsti eksperimentines problemas, kurių, atrodo, neįmanoma išspręsti naudojant standartinę fiziką.

Jei lošėjai, investuotojai ir kiekybiniai eksperimentatoriai galėtų perlenkti laiko strėlę, jų pranašumas būtų daug didesnis, o tai leistų pasiekti daug geresnių rezultatų.

Kembridžo universiteto mokslininkai parodė, kad manipuliuodami susipainiojimu – kvantinės teorijos ypatybe, dėl kurios dalelės yra iš esmės sujungtos – jie gali imituoti, kas nutiktų, jei būtų galima keliauti laiku atgal. Taigi lošėjai, investuotojai ir kiekybiniai eksperimentatoriai kai kuriais atvejais gali atgaline data pakeisti savo praeities veiksmus ir pagerinti savo rezultatus dabartyje.

Modeliavimas ir laiko kilpos

Ar dalelės gali keliauti laiku atgal, yra prieštaringa tema tarp fizikų, nors mokslininkai tai padarė anksčiau Modeliavimas, kaip šios erdvės ir laiko kilpos elgtųsi, jei jos iš tikrųjų egzistuotų. Susiedama savo naują teoriją su kvantine metrologija, kuri naudoja kvantinę teoriją itin jautriems matavimams atlikti, Kembridžo komanda parodė, kad įsipainiojimas gali išspręsti iš pažiūros neįmanomas problemas. Tyrimas buvo paskelbtas žurnale spalio 12 d Fizinės apžvalgos laiškai.

„Įsivaizduokite, kad norite kam nors nusiųsti dovaną: turite ją išsiųsti pirmą dieną, kad įsitikintumėte, jog ji atvyks trečią dieną“, – sakė pagrindinis autorius Davidas Arvidssonas-Shukuras iš „Hitachi“ Kembridžo laboratorijos. „Tačiau to žmogaus pageidavimų sąrašą gausite tik antrą dieną, todėl pagal šį chronologinį scenarijų iš anksto žinoti, ko jis norės dovanų, ir užtikrinti, kad atsiųsite tinkamą dovaną, neįmanoma.

„Dabar įsivaizduokite, kad galėtumėte pakeisti tai, ką siunčiate pirmą dieną, naudodami informaciją iš pageidavimų sąrašo, kurį gavote antrą dieną. Mūsų modeliavime naudojamas kvantinio įsipainiojimo manipuliavimas, kad parodytų, kaip galite atgaline data pakeisti savo ankstesnius veiksmus ir užtikrinti, kad galutinis rezultatas būtų toks. nori.

Suprasti kvantinį susipynimą

Modeliavimas remiasi kvantiniu susipynimu, kurį sudaro stiprūs ryšiai, kuriais gali dalytis kvantinės dalelės, o klasikinės dalelės, kurias valdo kasdienė fizika, negali padaryti.

Kvantinės fizikos ypatumas yra tas, kad jei dvi dalelės yra pakankamai arti viena kitos, kad galėtų sąveikauti, jos gali likti sujungtos net ir atsiskyrus. Tai yra pagrindas Kiekybinė statistika Nepertraukiamų dalelių panaudojimas atliekant skaičiavimus, per sudėtingus klasikiniams kompiuteriams.

„Mūsų pasiūlyme eksperimentuojantis mokslininkas supainioja dvi daleles“, – sakė bendraautorė Nicole Younger Halpern, Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) ir Merilendo universiteto mokslininkė. „Tada pirmoji dalelė išsiunčiama naudoti eksperimente. Gavęs naujos informacijos, eksperimentatorius manipuliuoja antrąja dalele, kad efektyviai pakeistų pirmosios dalelės ankstesnę būseną, pakeisdamas eksperimento rezultatus.

„Poveikis puikus, bet tai atsitinka tik kartą iš keturių!” Arvidssonas-Shukuras pasakė. Kitaip tariant, modeliavimo nesėkmės tikimybė yra 75%. Tačiau gera žinia ta, kad žinote, ar jums nepavyko. Jei laikysimės dovanos analogijos, vieną kartą iš keturių dovanų bus tokia, kokios norite (pavyzdžiui, kelnės), o kitą kartą – kelnės, bet netinkamo dydžio ar spalvos, arba tai bus švarkas“.

Praktinis pritaikymas ir apribojimai

Siekdami suteikti modeliui techninės svarbos, teoretikai jį susiejo su kiekybinio matavimo mokslu. Įprastame kiekybinio nustatymo eksperimente fotonai – mažos šviesos dalelės – apšviečiami dominančiu pavyzdžiu ir įrašomi naudojant specialų fotoaparato tipą. Kad šis eksperimentas būtų efektyvus, fotonai turi būti tam tikru būdu paruošti, kol jie pasiekia mėginį. Tyrėjai parodė, kad net jei jie išmoks geriau paruošti fotonus tik tada, kai fotonai pasiekia mėginį, jie gali naudoti kelionių laiko modeliavimus, kad atgaline data pakeistų pradinius fotonus.

Siekdami susidoroti su didele nesėkmės tikimybe, teoretikai siūlo siųsti daug įsipainiojusių fotonų, žinant, kad kai kurie iš jų ilgainiui neša teisingą ir atnaujintą informaciją. Tada jie naudoja filtrą, kad įsitikintų, jog tinkami fotonai patenka į fotoaparatą, o filtras atmeta likusius „blogus“ fotonus.

„Pagalvokite apie mūsų ankstesnę analogiją apie dovanas“, – sakė bendraautorius Aidanas McConnellas, kuris atliko šį tyrimą, kai baigė magistro studijas Cavendish laboratorijoje Kembridže, o dabar yra doktorantas ETH Ciuriche. „Tarkime, dovanų siuntimas yra nebrangus, o pirmą dieną galime išsiųsti keletą paketų. Antrą dieną žinome, kokią dovaną turėjome išsiųsti. Kai paketai atkeliaus trečią dieną, viena iš keturių dovanų bus išsiųsta. teisingas, o mes jas pasirenkame.“ Nurodydami gavėjui, kurias siuntas reikia utilizuoti.

„Tai, kad mums reikėjo pasitelkti kandidatą, kad mūsų teismo procesas būtų sėkmingas, iš tikrųjų labai ramina“, – sakė Arvidssonas-Shukuras. „Pasaulis būtų labai keistas, jei kelionės laiku modeliavimas veiktų kiekvieną kartą. Reliatyvumas ir visos teorijos, kuriomis grindžiame savo supratimą apie mūsų visatą, būtų už lango.”

„Siūlome ne kelionių laiku mašiną, o gilų pasinerti į kvantinės mechanikos pagrindus. Šis modeliavimas neleidžia grįžti atgal ir pakeisti praeities, tačiau leidžia sukurti geresnį rytojų, šiandien ištaisant vakarykštes problemas. .

Nuoroda: „Neklasikinis metrologijos bruožas, sukurtas kvantiniu uždarojo laiko virtualiųjų kreivių modeliavimu“, David R. M. Arvidsson-Shukur, Aidan G. McConnell ir Nicole Yunger Halpern, 2023 m. spalio 12 d. Fizinės apžvalgos laiškai.
doi: 10.1103 / PhysRevLett.131.150202

Šį darbą rėmė Amerikos Švedijos fondas, Larso Hertos memorialinis fondas, Girtono koledžas ir Inžinerijos ir fizinių mokslų tyrimų taryba (EPSRC), priklausanti JK tyrimų ir inovacijų (UKRI) grupei.