Cambridge időutazási szimulációkat használ a „lehetetlen” problémák megoldására.

A fizikusok kimutatták, hogy a virtuális időutazás szimulált modelljei olyan kísérleti problémákat oldhatnak meg, amelyeket a szokásos fizika segítségével lehetetlennek tűnik megoldani.

Ha a szerencsejátékosok, a befektetők és a kvantitatív kísérletezők el tudnák hajlítani az idő nyilát, előnyük sokkal nagyobb lenne, és sokkal jobb eredményekhez vezetne.

A Cambridge-i Egyetem kutatói kimutatták, hogy az összefonódás manipulálásával – a kvantumelmélet egyik jellemzője, amely a részecskéket lényegileg összekapcsolja – szimulálni tudják, mi történne, ha visszautazhatnánk az időben. Így a szerencsejátékosok, a befektetők és a kvantitatív kísérletezők bizonyos esetekben visszamenőlegesen megváltoztathatják múltbeli cselekedeteiket, és javíthatják jelenlegi eredményeiket.

Szimulációk és időhurkok

Az, hogy a részecskék visszafelé utazhatnak-e az időben, vitatott téma a fizikusok körében, bár a tudósok ezt megtették korábban Szimulációk arról, hogyan viselkednének ezek a tér-idő hurkok, ha valóban léteznének. Azáltal, hogy új elméletüket a kvantummetrológiához kapcsolták, amely a kvantumelmélet segítségével rendkívül érzékeny méréseket végez, a cambridge-i csapat megmutatta, hogy az összefonódás megoldhatatlannak tűnő problémákat is megoldhat. A tanulmány október 12-én jelent meg a folyóiratban Fizikai áttekintő levelek.

„Képzelje el, hogy ajándékot szeretne küldeni valakinek: az első napon el kell küldenie, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a harmadik napon megérkezik” – mondta David Arvidsson-Shukur, a vezető szerző, a Hitachi cambridge-i laboratóriumából. „Azonban csak a második napon kapja meg az illető kívánságlistáját, ezért ebben az időrendi forgatókönyvben lehetetlen előre tudni, hogy mit szeretne ajándékba adni, és biztosítani tudja, hogy a megfelelő ajándékot küldje.

„Most képzeld el, hogy megváltoztathatod azt, amit az első napon küldesz a második napon kapott kívánságlistán szereplő információkkal. Szimulációnk kvantumösszefonódás-manipulációt használ annak bemutatására, hogyan tudod visszamenőlegesen megváltoztatni a múltbeli cselekedeteidet, hogy a végeredmény az legyen, akar.

A kvantumösszefonódás megértése

A szimuláció a kvantumösszefonódásra támaszkodik, amely olyan erős kapcsolatokból áll, amelyeket a kvantumrészecskék megoszthatnak egymással, és amelyekre a klasszikus részecskék – a mindennapi fizika által szabályozottak – nem képesek.

A kvantumfizika sajátossága, hogy ha két részecske elég közel van egymáshoz ahhoz, hogy kölcsönhatásba léphessenek, akkor még szétválva is kapcsolatban maradhatnak. Ez az alap Mennyiségi statisztika A kontinuum részecskék kihasználása a klasszikus számítógépekhez túl bonyolult számítások elvégzéséhez.

„Javaslatunkban egy kísérleti tudós két részecskét kever össze” – mondta Nicole Younger Halpern társszerző, a National Institute of Standards and Technology (NIST) és a Marylandi Egyetem kutatója. „Az első részecskét ezután kiküldik a kísérletben való felhasználásra. Új információ megszerzésekor a kísérletező manipulálja a második részecskét, hogy hatékonyan megváltoztassa az első részecske korábbi állapotát, megváltoztatva a kísérlet eredményét.

„A hatás nagyszerű, de négyből csak egyszer fordul elő!” – mondta Arvidsson-Shukur. Más szavakkal, a szimuláció meghibásodásának valószínűsége 75%. De a jó hír az, hogy tudod, ha kudarcot vallottál. Ha ragaszkodunk ajándék-hasonlatunkhoz, négy alkalomból egyszer az lesz az ajándék, amit szeretnél (például egy nadrág), máskor pedig egy nadrág, de nem megfelelő a mérete vagy a színe, vagy kabát lesz.”

Gyakorlati alkalmazások és korlátok

Annak érdekében, hogy modelljüknek technikai relevanciáját biztosítsák, a teoretikusok összekapcsolták a kvantitatív mérés tudományával. Egy elterjedt kvantifikációs kísérletben fotonokat – kis fényrészecskéket – megvilágítanak egy érdekes mintán, majd egy speciális kameratípussal rögzítik. Ahhoz, hogy ez a kísérlet hatékony legyen, a fotonokat bizonyos módon elő kell készíteni, mielőtt elérnék a mintát. A kutatók kimutatták, hogy még ha megtanulják is a fotonok jobb előkészítését csak azután, hogy a fotonok elérik a mintát, időutazási szimulációkkal visszamenőlegesen megváltoztathatják az eredeti fotonokat.

A sikertelenség nagy valószínűségével való szembenézés érdekében a teoretikusok nagyszámú összegabalyodott foton küldését javasolják, tudva, hogy ezek közül néhány végül a helyes és frissített információkat hordozza. Ezután egy szűrő segítségével megbizonyosodnak arról, hogy a megfelelő fotonok jutnak be a kamerába, míg a szűrő elutasítja a többi „rossz” fotont.

„Gondoljunk csak az ajándékokkal kapcsolatos korábbi analógiánkra” – mondta Aidan McConnell társszerző, aki a cambridge-i Cavendish Laboratory mesterképzése közben végezte ezt a kutatást, jelenleg pedig a zürichi ETH doktorandusza. „Tegyük fel, hogy az ajándékküldés olcsó, és az első napon több csomagot is küldhetünk. A második napra már tudjuk, melyik ajándékot kellett volna küldenünk. Mire a harmadik napon megérkeznek a csomagok, minden negyedik ajándékból egy helyes, és mi választjuk ki őket.” Azzal, hogy megmondjuk a címzettnek, hogy mely küldeményeket kell megsemmisíteni.

„Valójában nagyon megnyugtató, hogy jelöltet kellett használnunk a tárgyalás sikeréhez” – mondta Arvidsson-Shukur. „A világ nagyon furcsa lenne, ha az időutazási szimulációk minden alkalommal működnének. A relativitáselmélet és az összes elmélet, amelyre az univerzumunk megértését alapozzuk, az ablakon kívül lenne.”

„Nem egy időutazó gépet javasolunk, hanem egy mélyrepülést a kvantummechanika alapjaiba. Ez a szimuláció nem engedi visszamenni és megváltoztatni a múltját, de lehetővé teszi, hogy jobb holnapot alkosson a tegnapi problémák ma orvosolásával. .”

Hivatkozás: David R. M. Arvidsson-Shukur, Aidan G. McConnell és Nicole Yunger Halpern „Nem klasszikus jellemzője a metrológiában, amelyet zárt idejű virtuális görbék kvantumszimulációja generált”, 2023. október 12. Fizikai áttekintő levelek.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.150202

Ezt a munkát az American Sweden Foundation, a Lars Herta Memorial Foundation, a Girton College és a Mérnöki és Fizikai Tudományok Kutatási Tanácsa (EPSRC) támogatta, amely az Egyesült Királyság Kutatási és Innovációs (UKRI) része.