Cambridge používá simulace cestování v čase k řešení „nemožných“ problémů.

Fyzici prokázali, že simulované modely virtuálního cestování časem mohou vyřešit experimentální problémy, které se zdají být nemožné vyřešit pomocí standardní fyziky.

Pokud by hazardní hráči, investoři a kvantitativní experimentátoři dokázali ohnout šipku času, jejich výhoda by byla mnohem vyšší, což by vedlo k mnohem lepším výsledkům.

Výzkumníci z University of Cambridge prokázali, že pomocí manipulace se zapletením – rysem kvantové teorie, díky kterému jsou částice skutečně propojeny – mohou simulovat, co by se stalo, kdyby člověk mohl cestovat zpět v čase. Takže hráči, investoři a kvantitativní experimentátoři mohou v některých případech zpětně změnit své minulé činy a zlepšit své výsledky v současnosti.

Simulace a časové smyčky

Zda částice mohou cestovat zpět v čase, je mezi fyziky kontroverzní téma, ačkoli vědci tak učinili dříve Simulace toho, jak by se tyto časoprostorové smyčky chovaly, kdyby skutečně existovaly. Propojením své nové teorie s kvantovou metrologií, která využívá kvantovou teorii k extrémně citlivým měřením, tým Cambridge ukázal, že zapletení může vyřešit zdánlivě nemožné problémy. Studie byla publikována 12. října v časopise Fyzické kontrolní dopisy.

„Představte si, že chcete někomu poslat dárek: musíte ho poslat první den, abyste měli jistotu, že dorazí třetí den,“ řekl hlavní autor David Arvidsson-Shukur z laboratoře Hitachi v Cambridge. „Seznam přání této osoby však obdržíte až druhý den. Proto v tomto chronologickém scénáři nemůžete předem vědět, co bude chtít jako dárek, a zajistit, že pošlete ten správný dárek.“

„Nyní si představte, že byste mohli změnit to, co vysíláte první den, pomocí informací ze seznamu přání, který jste obdrželi druhý den. Naše simulace využívá manipulaci s kvantovým zapletením, aby ukázala, jak můžete zpětně změnit své minulé akce, abyste zajistili, že konečný výsledek bude takový, jaký chtít.

Pochopení kvantové provázanosti

Simulace se opírá o kvantové zapletení, které sestává ze silných spojení, které mohou kvantové částice sdílet, a které klasické částice – ty, které se řídí každodenní fyzikou – nemohou.

Zvláštností kvantové fyziky je, že pokud jsou dvě částice dostatečně blízko u sebe, aby mohly interagovat, mohou zůstat spojené, i když jsou odděleny. To je základ Kvantitativní statistika Využití částic kontinua k provádění výpočtů, které jsou pro klasické počítače příliš složité.

„V našem návrhu experimentální vědec zaplete dvě částice,“ řekla spoluautorka Nicole Younger Halpernová, výzkumnice z Národního institutu pro standardy a technologie (NIST) a University of Maryland. „První částice je poté odeslána k použití v experimentu. Po získání nových informací experimentátor manipuluje s druhou částicí tak, aby účinně změnil předchozí stav první částice a změnil tak výsledek experimentu.“

„Efekt je skvělý, ale stane se to jen jednou ze čtyř!“ řekl Arvidsson-Shukur. Jinými slovy, pravděpodobnost selhání simulace je 75 %. Ale dobrá zpráva je, že víte, pokud jste selhali. Pokud se budeme držet naší analogie s dárkem, jednou ze čtyř dárků bude ten, který si přejete (například kalhoty), a jindy to budou kalhoty, ale špatné velikosti nebo špatné barvy, nebo to bude bunda.“

Praktické aplikace a omezení

Aby byl jejich model technicky relevantní, teoretici jej spojili s vědou o kvantitativním měření. V běžném kvantifikačním experimentu se fotony – malé částice světla – osvětlí na sledovaný vzorek a poté se zaznamenají pomocí speciálního typu kamery. Aby byl tento experiment účinný, musí být fotony připraveny určitým způsobem, než se dostanou ke vzorku. Vědci prokázali, že i když se naučí lépe připravovat fotony až poté, co fotony dosáhnou vzorku, mohou pomocí simulací cestování v čase zpětně změnit původní fotony.

Aby teoretici čelili vysoké pravděpodobnosti selhání, navrhují poslat velké množství provázaných fotonů s vědomím, že některé z nich nakonec ponesou správné a aktualizované informace. Poté pomocí filtru zajistí, že do fotoaparátu projdou správné fotony, zatímco filtr zbytek „špatných“ fotonů odmítne.

„Přemýšlejte o naší dřívější analogii s dárky,“ řekl spoluautor Aidan McConnell, který prováděl tento výzkum během magisterského studia v Cavendish Laboratory v Cambridge a nyní je doktorandem na ETH v Curychu. „Předpokládejme, že posílání dárků je levné a první den můžeme poslat několik balíčků. Do druhého dne víme, který dárek jsme měli poslat. Až balíčky dorazí třetí den, bude jeden ze čtyř dárků správné a my je vybereme.“ Tím, že sdělíte příjemci, které zásilky je třeba zlikvidovat.

„To, že jsme potřebovali použít kandidáta, aby byl náš test úspěšný, je ve skutečnosti velmi uklidňující,“ řekl Arvidsson-Shukur. „Svět by byl velmi zvláštní, kdyby simulace cestování časem fungovaly pokaždé. Relativita a všechny teorie, na kterých zakládáme naše chápání našeho vesmíru, by byly za oknem.“

„Nenavrhujeme stroj na cestování časem, ale spíše hluboký ponor do základů kvantové mechaniky. Tato simulace vám nedovolí vrátit se a změnit svou minulost, ale umožní vám vytvořit lepší zítřek opravou včerejších problémů dnes.“ .“

Odkaz: „Neklasický prvek v metrologii generovaný kvantovou simulací uzavřených virtuálních křivek“ od Davida R. M. Arvidssona-Shukura, Aidana G. McConnella a Nicole Yunger Halpern, 12. října 2023, Fyzické kontrolní dopisy.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.150202

Tato práce byla podpořena American Sweden Foundation, Lars Herta Memorial Foundation, Girton College a Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), která je součástí UK Research and Innovation (UKRI).