Физики успешно смоделировали "обратное путешествие во времени" с 25% вероятностью изменения прошлого

Исследователи показали, что, манипулируя запутанностью — свойством квантовой теории, при которой частицы оказываются неразрывно связанными друг с другом, — возможно смоделировать, что может произойти, если человек сможет путешествовать назад во времени.

Об этом рассказывается в пресс-релизе Кембриджского университета, передают OstanniPodii.com.

Могут ли частицы путешествовать назад во времени — спорная тема среди физиков, хотя ранее ученые уже моделировали поведение таких пространственно-временных петель, если бы они существовали. Связав свою новую теорию с квантовой метрологией, которая использует квантовую теорию для проведения высокочувствительных измерений, команда из Кембриджа показала, что запутанность может решать проблемы, которые в противном случае кажутся невозможными.

Исследование под названием "Неклассическое преимущество в метрологии, установленное с помощью квантового моделирования гипотетических замкнутых времяподобных кривых" опубликовано в журнале Physical Review Letters.

"Представьте себе, что вы хотите отправить кому-то подарок: вам нужно отправить его в первый день, чтобы его доставили на третий день", - говорит ведущий автор Дэвид Арвидссон-Шукур из Кембриджской лаборатории Hitachi. "Однако вы получаете список желаний этого человека только на второй день. Таким образом, в этом сценарии с учетом хронологии невозможно заранее узнать, что он захочет получить в подарок, и быть уверенным в том, что вы отправите именно то, что нужно".

"Теперь представьте, что вы можете изменить то, что вы отправляете в первый день, с помощью информации из списка пожеланий, полученного во второй день. Наше моделирование использует манипуляцию квантовой запутанностью, чтобы показать, как можно задним числом изменить свои предыдущие действия, чтобы окончательный результат был таким, как вы хотите".

В основе моделирования лежит квантовая запутанность, представляющая собой сильные корреляции, которыми квантовые частицы могут обмениваться, а классические частицы — те, что руководствуются повседневной физикой, — не могут.

Особенность квантовой физики заключается в том, что если две частицы находятся достаточно близко друг к другу для взаимодействия, они могут оставаться связанными, даже если они разделены. На этом основаны квантовые вычисления — использование соединенных частиц для выполнения вычислений, слишком сложных для классических компьютеров.

"В нашем проекте экспериментатор запускает две частицы", - говорит соавтор исследования Николь Юнгер Галперн, исследовательница из Национального института стандартов и технологий и Университета Мэриленда. "Затем первая частица отправляется для использования в эксперименте. Получив новую информацию, экспериментатор манипулирует второй частицей, эффективно изменяя прошлое состояние первой частицы, что приводит к изменению результатов эксперимента".

"Эффект впечатляет, но он происходит только один раз из четырех!" - говорит Арвидссон-Шукур. "Другими словами, вероятность неудачи при моделировании составляет 75%. Но хорошая новость заключается в том, что вы знаете, если вы потерпели неудачу. Если продолжить аналогию с подарком, то в одном случае из четырех подарок будет желанным (например, пара брюк), в другом — брюки будут не того размера или не того цвета, или же это будет пиджак".

Чтобы придать своей модели актуальность для технологий, теоретики связали ее с квантовой метрологией. В обычном эксперименте по квантовой метрологии фотоны — крошечные частицы света — излучаются на интересующий образец и затем регистрируются специальным типом камеры. Для того, чтобы этот эксперимент был эффективным, фотоны должны быть определенным образом подготовлены до того, как они попадут на образец. Исследователи показали, что даже если они узнают, как лучше подготовить фотоны, только после того, как фотоны достигнут образца, они могут использовать моделирование путешествия во времени для ретроактивного изменения исходных фотонов.

Для борьбы с высокой вероятностью неудачи теоретики предлагают посылать огромное количество запутанных фотонов, зная, что некоторые из них в конце концов будут нести правильную, обновленную информацию. Затем с помощью фильтра обеспечить прохождение правильных фотонов в камеру, а остальные "плохие" фотоны отсеять.

"Рассмотрим нашу предыдущую аналогию с подарками", - говорит соавтор статьи Эйдан Макконнелл, который проводил это исследование во время учебы в магистратуре Кавендишской лаборатории в Кембридже, а сейчас является аспирантом Цюрихского технологического института. "Допустим, отправка подарков обходится недорого, и в первый день мы можем отправить множество посылок. На второй день мы знаем, какой подарок нам следовало бы отправить. К тому времени, когда посылки приходят на третий день, один из каждых четырех подарков будет правильным, и мы отбираем их, сообщая получателю, какие посылки следует выбросить".

"То, что для работы нашего эксперимента необходимо использовать фильтр, на самом деле подает большую надежду", - говорит Арвидссон-Шукур. "Мир был бы очень странным, если бы наша симуляция путешествий во времени срабатывала каждый раз. Относительность и все теории, на которых мы строим наше понимание Вселенной, оказались бы за бортом".

"Мы предлагаем не машину для путешествий во времени, а глубокое погружение в основы квантовой механики. Эти симуляции не позволяют вернуться назад и изменить свое прошлое, но они позволяют создать лучшее завтра, устраняя вчерашние проблемы сегодня", - отметил он.