Фізики успішно змоделювали “зворотну подорож у часі” з 25% ймовірністю зміни минулого

Дослідники показали, що, маніпулюючи заплутаністю — властивістю квантової теорії, за якої частинки виявляються нерозривно пов′язаними одна з одною, — можливо змоделювати, що може статися, якщо людина зможе подорожувати назад у часі.

Про це розповідається у пресрелізі Кембридзького університету, передають OstanniPodii.com.

Чи можуть частинки подорожувати назад у часі — суперечлива тема серед фізиків, хоча раніше вчені вже моделювали поведінку таких просторово-часових петель, якби вони існували. Пов′язавши свою нову теорію з квантовою метрологією, яка використовує квантову теорію для проведення високочутливих вимірювань, команда з Кембриджа показала, що заплутаність може розв′язувати проблеми, які в іншому випадку здаються неможливими.

Дослідження під назвою "Некласична перевага в метрології, встановлена за допомогою квантового моделювання гіпотетичних замкнутих часоподібних кривих" опубліковано в журналі Physical Review Letters.

“Уявіть собі, що ви хочете надіслати комусь подарунок: вам потрібно надіслати його в перший день, щоб його доставили на третій день”, - каже провідний автор Девід Арвідссон-Шукур з Кембридзької лабораторії Hitachi. “Однак ви отримуєте список бажань цієї людини тільки на другий день. Таким чином, у цьому сценарії з урахуванням хронології неможливо заздалегідь дізнатися, що вона захоче отримати в подарунок, і бути впевненим у тому, що ви відправите саме те, що потрібно”.

“Тепер уявіть, що ви можете змінити те, що ви надсилаєте у перший день, за допомогою інформації зі списку побажань, отриманого у другий день. Наше моделювання використовує маніпуляцію квантовою заплутаністю, щоб показати, як можна заднім числом змінити свої попередні дії, щоб остаточний результат був таким, як ви хочете”.

В основі моделювання лежить квантова заплутаність, яка являє собою сильні кореляції, якими квантові частинки можуть обмінюватися, а класичні частинки — ті, що керуються повсякденною фізикою, — не можуть.

Особливість квантової фізики полягає в тому, що якщо дві частинки перебувають досить близько одна до одної для взаємодії, вони можуть залишатися з′єднаними, навіть якщо вони розділені. На цьому засновані квантові обчислення — використання з′єднаних частинок для виконання обчислень, занадто складних для класичних комп′ютерів.

“У нашому проєкті експериментатор запускає дві частинки”, - каже співавторка дослідження Ніколь Юнгер Галперн, дослідниця з Національного інституту стандартів і технологій та Університету Мериленду. “Потім перша частинка відправляється для використання в експерименті. Отримавши нову інформацію, експериментатор маніпулює другою часткою, ефективно змінюючи минулий стан першої частинки, що призводить до зміни результатів експерименту”.

“Ефект вражає, але він відбувається тільки один раз із чотирьох!” - каже Арвідссон-Шукур. “Іншими словами, ймовірність невдачі при моделюванні становить 75%. Але хороша новина полягає в тому, що ви знаєте, якщо ви зазнали невдачі. Якщо продовжити аналогію з подарунком, то в одному випадку із чотирьох подарунок буде бажаним (наприклад, пара штанів), в іншому — штани будуть не того розміру або не того кольору, або ж це буде піджак”.

Щоб надати своїй моделі актуальності для технологій, теоретики пов′язали її з квантовою метрологією. У звичайному експерименті з квантової метрології фотони — маленькі частинки світла — випромінюються на зразок, що цікавить, і потім реєструються спеціальним типом камери. Для того, щоб цей експеримент був ефективним, фотони мають бути певним чином підготовлені до того, як вони потраплять на зразок. Дослідники показали, що навіть якщо вони дізнаються, як краще підготувати фотони, тільки після того, як фотони досягнуть зразка, вони можуть використати моделювання подорожі в часі для ретроактивної зміни вихідних фотонів.

Для боротьби з високою ймовірністю невдачі теоретики пропонують посилати величезну кількість заплутаних фотонів, знаючи, що деякі з них зрештою нестимуть правильну, оновлену інформацію. Потім за допомогою фільтра забезпечити проходження правильних фотонів у камеру, а решту "поганих" фотонів відсіяти.

“Розглянемо нашу попередню аналогію з подарунками”, - каже співавтор статті Ейдан Макконнелл, який проводив це дослідження під час навчання в магістратурі Кавендішської лабораторії в Кембриджі, а зараз є аспірантом Цюрихського технологічного інституту. “Припустімо, надсилання подарунків обходиться недорого, і в перший день ми можемо відправити безліч посилок. На другий день ми знаємо, який подарунок нам слід було б відправити. На той час, коли посилки приходять на третій день, один з кожних чотирьох подарунків буде правильним, і ми відбираємо їх, повідомляючи одержувачу, які посилки слід викинути”.

“Те, що для роботи нашого експерименту необхідно використовувати фільтр, насправді подає велику надію”, - каже Арвідссон-Шукур. “Світ був би дуже дивним, якби наша симуляція подорожей у часі спрацьовувала щоразу. Відносність і всі теорії, на яких ми будуємо наше розуміння Всесвіту, опинилися б за бортом".

“Ми пропонуємо не машину для подорожей у часі, а глибоке занурення в основи квантової механіки. Ці симуляції не дають змоги повернутися назад і змінити своє минуле, але вони дозволяють створити краще завтра, усуваючи вчорашні проблеми сьогодні”, - зазначив він.