Cambridge wykorzystuje symulacje podróży w czasie do rozwiązywania „niemożliwych” problemów.

Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge wykorzystali splątanie kwantowe do symulacji scenariusza podobnego do podróży w czasie wstecz. Pozwala to na retrospektywną zmianę poprzednich procedur, co może poprawić bieżące wyniki.

Fizycy wykazali, że symulowane modele wirtualnych podróży w czasie mogą rozwiązywać problemy eksperymentalne, które wydają się niemożliwe do rozwiązania przy użyciu standardowej fizyki.

Gdyby gracze, inwestorzy i ilościowi eksperymentatorzy mogli nagiąć strzałkę czasu, ich przewaga byłaby znacznie większa, co prowadziłoby do znacznie lepszych wyników.

Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge wykazali, że manipulując splątaniem – cechą teorii kwantowej, która sprawia, że ​​cząstki są wewnętrznie połączone – mogą symulować, co by się stało, gdyby można było cofnąć się w czasie. Zatem gracze, inwestorzy i eksperymentatorzy ilościowi mogą w niektórych przypadkach z mocą wsteczną zmienić swoje przeszłe działania i poprawić swoje obecne wyniki.

Symulacje i pętle czasowe

To, czy cząstki mogą podróżować wstecz w czasie, jest kontrowersyjnym tematem wśród fizyków, chociaż naukowcy to zrobili poprzednio Symulacje zachowania się tych pętli czasoprzestrzennych, gdyby faktycznie istniały. Łącząc swoją nową teorię z metrologią kwantową, która wykorzystuje teorię kwantową do wykonywania niezwykle czułych pomiarów, zespół z Cambridge wykazał, że splątanie może rozwiązać pozornie niemożliwe problemy. Badanie opublikowano 12 października w czasopiśmie Listy z przeglądu fizycznego.

„Wyobraźmy sobie, że chcesz wysłać komuś prezent: musisz go wysłać pierwszego dnia, aby mieć pewność, że dotrze trzeciego dnia” – powiedział główny autor David Arvidsson-Shukur z laboratorium Hitachi w Cambridge. „Jednak listę życzeń tej osoby otrzymujesz dopiero drugiego dnia. Dlatego w tym chronologicznym scenariuszu nie możesz z góry wiedzieć, czego ta osoba będzie chciała jako prezent i mieć pewność, że wyślesz odpowiedni prezent.

„Teraz wyobraź sobie, że możesz zmienić to, co wysyłasz pierwszego dnia, korzystając z informacji z listy życzeń, którą otrzymałeś drugiego dnia. Nasza symulacja wykorzystuje manipulację splątaniem kwantowym, aby pokazać, jak możesz z mocą wsteczną zmienić swoje przeszłe działania, aby mieć pewność, że wynik końcowy będzie taki, jaki zamierzyłeś chcieć.

Zrozumienie splątania kwantowego

Symulacja opiera się na splątaniu kwantowym, które składa się z silnych połączeń, które mogą dzielić cząstki kwantowe, a których cząstki klasyczne – te rządzone przez fizykę codzienną – nie są w stanie tego zrobić.

Osobliwością fizyki kwantowej jest to, że jeśli dwie cząstki znajdują się wystarczająco blisko siebie, aby oddziaływać, mogą pozostać połączone nawet po rozdzieleniu. To jest podstawa Statystyka ilościowa Wykorzystanie cząstek kontinuum do wykonywania obliczeń zbyt skomplikowanych dla klasycznych komputerów.

„W naszej propozycji naukowiec eksperymentalny splątuje dwie cząstki” – powiedziała współautorka Nicole Younger Halpern, badaczka w Narodowym Instytucie Standardów i Technologii (NIST) i Uniwersytecie Maryland. „Następnie pierwszą cząstkę wysyła się do wykorzystania w eksperymencie. Po uzyskaniu nowych informacji eksperymentator manipuluje drugą cząstką, aby skutecznie zmienić poprzedni stan pierwszej cząstki, zmieniając wynik eksperymentu.

„Efekt jest świetny, ale zdarza się to tylko raz na cztery razy!” – stwierdził Arvidsson-Shukur. Innymi słowy, prawdopodobieństwo niepowodzenia symulacji wynosi 75%. Ale dobra wiadomość jest taka, że ​​wiesz, czy poniosłeś porażkę. Jeśli pozostaniemy przy naszej analogii z prezentem, raz na cztery razy będzie to prezent, którego pragniesz (na przykład para spodni), a innym razem będą to spodnie, ale w złym rozmiarze lub złym kolorze, albo będzie to kurtka.

Praktyczne zastosowania i ograniczenia

Aby nadać swojemu modelowi znaczenie techniczne, teoretycy powiązali go z nauką o pomiarach ilościowych. W typowym eksperymencie ilościowym fotony – małe cząstki światła – są oświetlane badaną próbką, a następnie rejestrowane za pomocą specjalnego typu kamery. Aby eksperyment był skuteczny, fotony muszą zostać w odpowiedni sposób przygotowane, zanim dotrą do próbki. Naukowcy wykazali, że nawet jeśli nauczą się lepiej przygotowywać fotony dopiero po dotarciu fotonów do próbki, będą mogli wykorzystać symulacje podróży w czasie, aby z mocą wsteczną zmienić oryginalne fotony.

Aby stawić czoła wysokiemu prawdopodobieństwu awarii, teoretycy proponują wysłanie dużej liczby splątanych fotonów, wiedząc, że niektóre z nich ostatecznie przeniosą prawidłowe i aktualne informacje. Następnie używają filtra, aby mieć pewność, że właściwe fotony przedostaną się do kamery, podczas gdy filtr odrzuca resztę „złych” fotonów.

„Przypomnijmy sobie naszą wcześniejszą analogię dotyczącą prezentów” – powiedział współautor Aidan McConnell, który przeprowadził te badania w czasie studiów magisterskich w Cavendish Laboratory w Cambridge, a obecnie jest doktorantem w ETH w Zurychu. „Załóżmy, że wysyłanie prezentów jest niedrogie i pierwszego dnia możemy wysłać kilka paczek. Drugiego dnia wiemy, który prezent powinniśmy wysłać. Zanim paczki dotrą trzeciego dnia, jeden na cztery prezenty będzie poprawne, a my je wybieramy.” Informując odbiorcę, które przesyłki wymagają utylizacji.

„To, że musieliśmy zatrudnić kandydata, aby nasz proces zakończył się sukcesem, jest naprawdę bardzo podnoszące na duchu” – stwierdziła Arvidsson-Shukur. „Świat byłby bardzo dziwny, gdyby symulacje podróży w czasie działały za każdym razem. Teoria względności i wszystkie teorie, na których opieramy nasze zrozumienie naszego wszechświata, zostałyby odrzucone.”

„Nie proponujemy maszyny do podróży w czasie, a raczej głębokie zanurzenie się w podstawy mechaniki kwantowej. Ta symulacja nie pozwala cofnąć się i zmienić przeszłości, ale pozwala stworzyć lepsze jutro naprawiając wczorajsze problemy już dziś .”

Odniesienie: „Nieklasyczna cecha metrologii generowana przez symulację kwantową wirtualnych krzywych w czasie zamkniętym” Davida R. M. Arvidsson-Shukura, Aidana G. McConnella i Nicole Yunger Halpern, 12 października 2023 r., Listy z przeglądu fizycznego.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.150202

Prace te wsparły: Amerykańska Fundacja Szwedzka, Fundacja Larsa Herty Memorial Foundation, Girton College oraz Rada ds. Badań nad Inżynierią i Naukami Fizycznymi (EPSRC), część brytyjskiej organizacji ds. badań i innowacji (UKRI).