Οι προσομοιώσεις του ταξιδιού στο χρόνο στέλνουν την κβαντική μετρολογία πίσω στο μέλλον - Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/simulations-of-time-travel-send-quantum-metrology-back-to-the-future-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/simulations-of-time-travel-send-quantum-metrology-back-to-the-future-physics-world-2.jpg" data-caption="Πού είναι το DeLorean μου; Το ταξίδι προς τα πίσω στο χρόνο εξακολουθεί να είναι στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας, αλλά ο χειρισμός της κβαντικής εμπλοκής επιτρέπει στους επιστήμονες να σχεδιάσουν πειράματα που την προσομοιώνουν. (Ευγενική προσφορά: Shutterstock/FlashMovie)”>

Ευχηθήκατε ποτέ να μπορούσατε να γυρίσετε τον χρόνο πίσω και να αλλάξετε τις αποφάσεις σας; Αν μόνο η γνώση από σήμερα μπορούσε να ταξιδέψει πίσω στο χρόνο μαζί μας, θα μπορούσαμε να αλλάξουμε τις ενέργειές μας προς όφελός μας. Προς το παρόν, ένα τέτοιο ταξίδι στο χρόνο είναι το υλικό της μυθοπλασίας, αλλά μια τριάδα ερευνητών έχει δείξει ότι με το χειρισμό της κβαντικής εμπλοκής, μπορεί κανείς, τουλάχιστον, να σχεδιάσει πειράματα που την προσομοιώνουν.

Γράφοντας Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης, David Arvidsson-Shukur του Εργαστηρίου Hitachi Cambridge, Η.Β. Aidan McConnell του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, Η.Β. και Νικόλ Γιούνγκερ Χάλπερν του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ (NIST) και του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ προτείνουν μια διάταξη στην οποία ένας πειραματιστής στέλνει πληροφορίες πίσω στο χρόνο για να αλλάξει αναδρομικά – ουσιαστικά – τις ενέργειές του με τρόπο που παράγει τις βέλτιστες μετρήσεις. Περιέργως, το τρίο αποκαλύπτει ότι ένα τέτοιο προσομοιωμένο ταξίδι στο χρόνο σε μπερδεμένα συστήματα μπορεί να διευκολύνει φυσικά πλεονεκτήματα που θα ήταν αδύνατο να επιτευχθούν σε αμιγώς κλασικά συστήματα.

Η επιστήμη των κβαντικών μετρήσεων

Ενώ το πραγματικό ταξίδι προς τα πίσω στο χρόνο είναι υποθετικό, έχουν προταθεί κβαντομηχανικές εκδόσεις και προσομοίωση πειραματικά. Ένα κρίσιμο συστατικό αυτών των προσομοιώσεων είναι η τηλεμεταφορά, όπου μια κατάσταση από το ενδιάμεσο βήμα του πειράματος αποστέλλεται αποτελεσματικά πίσω στην αρχή. Για να είναι δυνατό αυτό, πρέπει να μπλέξουν τα κράτη. Με άλλα λόγια, πρέπει να μοιράζονται έναν τύπο κβαντικής σύνδεσης που προκύπτει μεταξύ δύο (ή περισσότερων) σωματιδίων, έτσι ώστε η κατάσταση του ενός να μην μπορεί να οριστεί ανεξάρτητα από τα άλλα.

Δεδομένου ότι αυτές οι προσομοιώσεις του ταξιδιού στο χρόνο βασίζονται στην κβαντική μηχανική, δίνουν τη δυνατότητα στους ερευνητές να κάνουν ουσιαστικές ερωτήσεις σχετικά με τη φύση και τα πλεονεκτήματα, εάν υπάρχουν, των κβαντικών συστημάτων. Στη νέα δουλειά, οι Arvidsson-Shukur, McConnell και Yunger Halpern κάνουν ακριβώς αυτό διερευνώντας τα πλεονεκτήματα που μπορούν να έχουν οι προσομοιώσεις του ταξιδιού προς τα πίσω στο χρόνο. κβαντική μετρολογία – ένα πεδίο της φυσικής που χρησιμοποιεί την κβαντική μηχανική για να κάνει μετρήσεις υψηλής ακρίβειας.

Ένα τυπικό πρόβλημα κβαντικής μετρολογίας ασχολείται με την εκτίμηση κάποιας άγνωστης παραμέτρου ενός συστήματος ή διεργασίας χρησιμοποιώντας κβαντομηχανικούς ανιχνευτές. Μόλις οι ανιχνευτές προετοιμαστούν και γίνουν για να αλληλεπιδράσουν με το σύστημα, ο τρόπος με τον οποίο μετασχηματίζεται η κατάσταση των ανιχνευτών θα κωδικοποιήσει πληροφορίες σχετικά με την άγνωστη παράμετρο. Ο στόχος είναι να μάθουμε όσο το δυνατόν περισσότερες πληροφορίες ανά ανιχνευτή.

Η μετα-επιλεκτική μέτρηση μπορεί να βοηθήσει σε αυτό. Σε αυτή τη διαδικασία, ο πειραματιστής κάνει μια μέτρηση και στη συνέχεια, ανάλογα με το αποτέλεσμα, επιλέγει να συμπεριλάβει ή να αποκλείσει ορισμένα πειραματικά αποτελέσματα από την ανάλυση. Αυτό συγκεντρώνει τις πληροφορίες που μαθαίνονται ανά ανιχνευτή.

Προηγουμένως, οι Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern και οι συνεργάτες τους κατέδειξε ότι σε ένα κβαντικό σύστημα, η επιλογή μιας βέλτιστης κατάστασης ανιχνευτή εισόδου μπορεί να επιτρέψει σε έναν πειραματιστή να αποκτήσει περισσότερες πληροφορίες ανά ανιχνευτή από ό,τι είναι δυνατό κλασικά. Ωστόσο, συνήθως ο πειραματιστής μαθαίνει ποια κατάσταση εισόδου θα ήταν η βέλτιστη μόνο αφού συμβεί η αλληλεπίδραση. Σε ένα σενάριο χωρίς ταξίδι στο χρόνο, αυτό δεν είναι καλό.

Πλεονέκτημα του προσομοιωμένου ταξιδιού στο χρόνο

Εάν, ωστόσο, ο πειραματιστής τηλεμεταφέρει τη βέλτιστη κατάσταση εισόδου πίσω στο χρόνο μέσω χειρισμού εμπλοκής, το τρίο δείχνει ότι αυτό θα μπορούσε να παράγει νέα λειτουργικά πλεονεκτήματα. Στην πρότασή τους, ένας πειραματιστής προετοιμάζει ένα ζεύγος από μέγιστα μπερδεμένα κβαντικά bit, ή qubits, που ονομάζονται A και C, συν ένα επιπλέον qubit ως ανιχνευτής. Ο στόχος είναι να μετρηθεί η ισχύς μιας άγνωστης αλληλεπίδρασης χρησιμοποιώντας τον ανιχνευτή. Αρχικά, ο πειραματιστής δεν γνωρίζει τη βέλτιστη κατάσταση εισαγωγής για το A. Στο πρώτο βήμα, ο ανιχνευτής και το qubit A αλληλεπιδρούν. Οι πληροφορίες σχετικά με την άγνωστη παράμετρο της αλληλεπίδρασης κωδικοποιούνται στην κατάσταση του ανιχνευτή. Σε ένα ενδιάμεσο βήμα, ωστόσο, ο πειραματιστής μετρά την κατάσταση του qubit A. Αυτή η μέτρηση αποκαλύπτει πληροφορίες σχετικά με την άγνωστη ακόμη βέλτιστη κατάσταση.

Στη συνέχεια, ο πειραματιστής χρησιμοποιεί αυτές τις πληροφορίες για να προετοιμάσει ένα βοηθητικό qubit D σε αυτή τη βέλτιστη κατάσταση. Στη συνέχεια, μετρούν την κοινή κατάσταση των qubits C και D. Εάν αυτή η κοινή κατάσταση δεν ταιριάζει με την αρχική κατάσταση άρθρωσης των A και C, η μέτρηση απορρίπτεται από την ανάλυση. Αυτό επιλέγει αποτελεσματικά περιπτώσεις όπου η βέλτιστα προετοιμασμένη κατάσταση D τηλεμεταφέρει στην αρχική κατάσταση του qubit A. Η τηλεμεταφορά υπονοεί ότι όταν ο πειραματιστής μετρά τον ανιχνευτή, καταγράφει το βέλτιστο κέρδος πληροφοριών, παρόλο που αρχικά δεν προετοίμασε τον ανιχνευτή στη βέλτιστη κατάσταση .

Ένας οδηγός steampunk για την κβαντική φυσική

Κατά τη διάρκεια του πειράματος, ο πειραματιστής θα απέρριπτε πολλές μετρήσεις που δεν ταιριάζουν. Αυτό μπορεί να φαίνεται δαπανηρό. Ωστόσο, οι μετρήσεις που κρατά ο πειραματιστής - αυτές όπου η τηλεμεταφορά είναι επιτυχής - έχουν υψηλό κέρδος πληροφοριών ανά καθετήρα. Συνολικά, οι πληροφορίες που λαμβάνονται από μερικούς βέλτιστους ανιχνευτές υπερτερούν των απωλειών όταν αθροίζονται σε πολλαπλές δοκιμές.

Το κατά πόσον το ταξίδι στο χρόνο είναι φυσικά εφικτό ή όχι, εξακολουθεί να συζητείται. Ωστόσο, οι πειραματιστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν την κβαντική μηχανική και να προσομοιώσουν το ταξίδι στο χρόνο στο εργαστήριο για να εκτελέσουν πιο ακριβείς μετρήσεις. Όπως καταλήγουν οι Arvidsson-Shukur, McConnell και Yunger Halpern στην εργασία τους, «Ενώ οι προσομοιώσεις [ταξίδι στο χρόνο] δεν σας επιτρέπουν να επιστρέψετε και να αλλάξετε το παρελθόν σας, σας επιτρέπουν να δημιουργήσετε ένα καλύτερο αύριο διορθώνοντας τα προβλήματα του χθες σήμερα».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/simulations-of-time-travel-send-quantum-metrology-back-to-the-future/