Кеймбридж използва симулации на пътуване във времето за решаване на „невъзможни“ проблеми.

Физиците показаха, че симулирани модели на виртуално пътуване във времето могат да решат експериментални проблеми, които изглеждат невъзможни за разрешаване с помощта на стандартна физика.

Ако комарджиите, инвеститорите и количествените експериментатори можеха да огънат стрелата на времето, тяхното предимство щеше да бъде много по-голямо, което би довело до много по-добри резултати.

Изследователи от университета в Кеймбридж са показали, че чрез манипулиране на заплитането – характеристика на квантовата теория, която прави частиците вътрешно свързани – те могат да симулират какво би се случило, ако човек може да пътува назад във времето. Така че комарджиите, инвеститорите и количествените експериментатори могат в някои случаи да променят със задна дата своите минали действия и да подобрят резултатите си в настоящето.

Симулации и времеви цикли

Дали частиците могат да пътуват назад във времето е спорна тема сред физиците, въпреки че учените са го направили преди това Симулации на това как биха се държали тези пространствено-времеви вериги, ако действително съществуваха. Свързвайки новата си теория с квантовата метрология, която използва квантовата теория за извършване на изключително чувствителни измервания, екипът на Кеймбридж показа, че заплитането може да реши привидно невъзможни проблеми. Проучването е публикувано на 12 октомври в списанието Писма за физически преглед.

„Представете си, че искате да изпратите на някого подарък: трябва да го изпратите на първия ден, за да сте сигурни, че ще пристигне на третия ден“, каза водещият автор Дейвид Арвидсон-Шукур от лабораторията на Hitachi в Кеймбридж. „Вие обаче получавате списъка с желания на този човек едва на втория ден. Следователно при този хронологичен сценарий е невъзможно да знаете предварително какво ще иска като подарък и да сте сигурни, че ще изпратите правилния подарък.

„Сега си представете, че можете да промените това, което изпращате на първия ден с информация от списъка с желания, който сте получили на втория ден. Нашата симулация използва манипулация на квантово заплитане, за да покаже как можете със задна дата да промените вашите минали действия, за да гарантирате, че крайният резултат е това, което вие искам.

Разбиране на квантовото заплитане

Симулацията разчита на квантовото заплитане, което се състои от силни връзки, които квантовите частици могат да споделят, и които класическите частици – тези, управлявани от ежедневната физика – не могат да направят.

Особеността на квантовата физика е, че ако две частици са достатъчно близо една до друга, за да си взаимодействат, те могат да останат свързани дори когато са разделени. Това е основата Количествена статистика Използване на непрекъснати частици за извършване на изчисления, твърде сложни за класическите компютри.

„В нашето предложение експериментален учен заплита две частици“, каза съавторът Никол Йънгър Халпърн, изследовател в Националния институт за стандарти и технологии (NIST) и Университета на Мериленд. „След това първата частица се изпраща за използване в експеримента. При получаване на нова информация, експериментаторът манипулира втората частица, за да промени ефективно предишното състояние на първата частица, променяйки резултата от експеримента.

„Ефектът е страхотен, но се случва само веднъж от четири пъти!“ каза Арвидсон-Шукур. С други думи, вероятността от провал на симулацията е 75%. Но добрата новина е, че знаете дали сте се провалили. Ако се придържаме към нашата аналогия с подаръци, веднъж от четири пъти подаръкът ще бъде този, който искате (например чифт панталони), а друг път ще бъде чифт панталони, но грешен размер или грешен цвят, или ще бъде яке.

Практически приложения и ограничения

За да придадат на своя модел техническа релевантност, теоретиците го свързват с науката за количественото измерване. В общ експеримент за количествено определяне фотоните – малки частици светлина – се осветяват върху проба от интерес и след това се записват с помощта на специален тип камера. За да бъде този експеримент ефективен, фотоните трябва да бъдат подготвени по определен начин, преди да достигнат до пробата. Изследователите са показали, че дори и да се научат как да подготвят фотоните по-добре само след като фотоните достигнат пробата, те могат да използват симулации на пътуване във времето, за да променят със задна дата оригиналните фотони.

За да се изправят пред голямата вероятност от провал, теоретиците предлагат изпращане на голям брой заплетени фотони, знаейки, че някои от тях в крайна сметка ще носят правилната и актуализирана информация. След това използват филтър, за да се уверят, че правилните фотони преминават в камерата, докато филтърът отхвърля останалите „лоши“ фотони.

„Помислете за нашата предишна аналогия с подаръците“, каза съавторът Ейдън Макконъл, който проведе това изследване, докато прави магистърска степен в лабораторията Кавендиш в Кеймбридж и сега е докторант в ETH, Цюрих. „Да предположим, че изпращането на подаръци е евтино и можем да изпратим няколко пакета на първия ден. До втория ден знаем кой подарък трябва да изпратим. Докато пакетите пристигнат на третия ден, един от всеки четири подаръка ще бъде правилно и ние ги избираме.“ Като кажете на получателя кои пратки трябва да бъдат изхвърлени.

„Това, че трябваше да използваме кандидат, за да направим нашия опит успешен, всъщност е много успокояващо“, каза Арвидсон-Шукур. „Светът би бил много странен, ако симулациите на пътуване във времето работеха всеки път. Относителността и всички теории, на които основаваме нашето разбиране за нашата вселена, щяха да изчезнат.“

„Ние не предлагаме машина за пътуване във времето, а по-скоро дълбоко гмуркане в основите на квантовата механика. Тази симулация не ви позволява да се върнете назад и да промените миналото си, но ви позволява да създадете по-добро утре, като коригирате проблемите от вчера .”

Справка: „Некласическа характеристика в метрологията, генерирана чрез квантова симулация на виртуални криви със затворено време“ от Дейвид Р. М. Арвидсон-Шукур, Ейдън Г. Макконъл и Никол Юнгер Халпърн, 12 октомври 2023 г., Писма за физически преглед.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.150202

Тази работа беше подкрепена от Американската шведска фондация, Мемориалната фондация на Ларс Херта, Girton College и Съвета за изследване на инженерните и физическите науки (EPSRC), част от Изследванията и иновациите на Обединеното кралство (UKRI).