Ajas rändamise simulatsioonid saadavad kvantmetroloogia tagasi tulevikku – füüsikamaailma

<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="Kus on minu DeLorean? Tagurpidi ajas rändamine on endiselt ulme valdkond, kuid kvantpõimumisega manipuleerimine võimaldab teadlastel kavandada eksperimente, mis seda simuleerivad. (Viisakalt: Shutterstock/FlashMovie)”>

Kas olete kunagi soovinud, et saaksite ajas tagasi minna ja oma otsuseid muuta? Kui vaid tänased teadmised saaksid koos meiega ajas tagasi rännata, saaksime oma tegevust enda kasuks muuta. Praegu on selline ajas rändamine väljamõeldis, kuid teadlaste kolmik on näidanud, et kvantpõimumisega manipuleerides saab vähemalt kavandada eksperimente, mis seda simuleerivad.

Sisestamine Physical Review Letters, David Arvidsson-Shukur Hitachi Cambridge Laboratory, Ühendkuningriik; Aidan McConnell Cambridge'i ülikoolist, Ühendkuningriigist; ja Nicole Yunger Halpern USA riikliku standardite ja tehnoloogia instituudi (NIST) ja Marylandi ülikooli esindajad pakuvad välja süsteemi, mille kohaselt eksperimentalist saadab teabe ajas tagasi, et tagasiulatuvalt – tegelikult – muuta oma tegevust viisil, mis annab optimaalsed mõõtmised. Huvitaval kombel näitavad kolmik, et selline simuleeritud ajarännak takerdunud süsteemides võib hõlbustada füüsilisi eeliseid, mida puhtalt klassikalistes süsteemides oleks võimatu saavutada.

Kvantmõõtmiste teadus

Kuigi tegelik tagurpidi ajas rändamine on hüpoteetiline, on välja pakutud kvantmehaanilised versioonid ja simuleeritud eksperimentaalselt. Nende simulatsioonide oluliseks koostisosaks on teleportatsioon, kus eksperimendi vaheetapi olek saadetakse tõhusalt tagasi algusesse. Et see oleks võimalik, peavad riigid olema omavahel põimunud. Teisisõnu peavad nad jagama teatud tüüpi kvantseotust, mis tekib kahe (või enama) osakese vahel, nii et ühe olekut ei saa määratleda teisest (teistest) sõltumatult.

Kuna need ajas rändamise simulatsioonid tuginevad kvantmehaanikale, võimaldavad need teadlastel esitada sisukaid küsimusi kvantsüsteemide olemuse ja eeliste kohta, kui neid on. Uues töös teevad Arvidsson-Shukur, McConnell ja Yunger Halpern just seda, uurides, milliseid eeliseid võivad tagurpidi ajas rändamise simulatsioonid omada. kvantmetroloogia – füüsikavaldkond, mis kasutab ülitäpsete mõõtmiste tegemiseks kvantmehaanikat.

Tüüpiline kvantmetroloogia probleem käsitleb süsteemi või protsessi mõne tundmatu parameetri hindamist kvantmehaaniliste sondide abil. Kui sondid on ette valmistatud ja süsteemiga suhtlema pandud, kodeerib sondide olekuteisendus teave tundmatu parameetri kohta. Eesmärk on õppida iga sondi kohta võimalikult palju teavet.

Seda võib aidata järelselektiivne mõõtmine. Selles protsessis teeb eksperimentalist mõõtmise ja seejärel otsustab olenevalt tulemusest teatud katsetulemused analüüsi kaasata või sellest välja jätta. See koondab saadud teabe sondi kohta.

Varem Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern ja nende kaastöötajad Näidatud et kvantsüsteemis võib optimaalse sisendsondi oleku valimine võimaldada eksperimentaatoril saada sondi kohta rohkem teavet kui klassikaliselt võimalik. Kuid tavaliselt saab eksperimentalist teada, milline sisendolek oleks olnud optimaalne, alles pärast interaktsiooni toimumist. Ajas rändamiseta stsenaariumi korral pole see hea.

Simuleeritud ajas rändamise eelis

Kui aga eksperimentalist teleporteerib optimaalse sisendoleku takerdumise manipuleerimise abil ajas tagasi, näitab kolmik, et see võib anda uudseid tööeeliseid. Oma ettepanekus valmistab eksperimentalist ette paar maksimaalselt põimunud kvantbitti ehk kubitti, mida nimetatakse A ja C, pluss täiendava kubiti sondiks. Eesmärk on mõõta sondi abil tundmatu interaktsiooni tugevust. Esialgu ei ole eksperimenteerija A optimaalsest sisendolekust teadlik. Esimeses etapis interakteeruvad sond ja kubit A. Teave interaktsiooni tundmatu parameetri kohta on kodeeritud sondi olekus. Vaheetapis mõõdab eksperimentalist aga kubiti A olekut. See mõõtmine paljastab informatsiooni veel teadmata optimaalse oleku kohta.

Järgmisena kasutab eksperimentalist seda teavet abikubiti D ettevalmistamiseks selles optimaalses olekus. Seejärel mõõdavad nad kubitide C ja D ühisolekut. Kui see ühisolek ei ühti A ja C algse ühisolekuga, jäetakse mõõtmine analüüsist välja. See valib tõhusalt välja juhud, kus optimaalselt ettevalmistatud olek D teleporteerub kubiti A algsesse olekusse. Teleportatsioon tähendab, et kui eksperimentalist mõõdab sondi, salvestab ta optimaalse teabevõimenduse, kuigi nad ei valmistanud algselt sondi optimaalsesse olekusse. .

Aurupunki juhend kvantfüüsikasse

Katse ajal loobus eksperimentalist paljud mittevastavad mõõtmised. See võib tunduda kulukas. Eksperimentalisti säilitatavatel mõõtmistel – nendel, kus teleportatsioon õnnestus – on aga sondi kohta suur infovõimendus. Üldiselt kaalub mõnest optimaalsest sondist saadud teave mitme katsega kokku võttes kahjud üles.

Selle üle, kas ajarännak on füüsiliselt võimalik või mitte, selle üle vaieldakse siiani. Eksperimentalistid saavad aga täpsemate mõõtmiste tegemiseks kasutada kvantmehaanikat ja simuleerida laboris ajarännakut. Arvidsson-Shukur, McConnell ja Yunger Halpern oma artiklis järeldavad: "Kuigi [ajarände] simulatsioonid ei võimalda teil tagasi minna ja oma minevikku muuta, võimaldavad need teil luua parema homse, lahendades täna eilsed probleemid."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/simulations-of-time-travel-send-quantum-metrology-back-to-the-future/