Az időutazás szimulációi visszaküldik a kvantummetrológiát a jövőbe – Fizika világa

Az időutazás szimulációi visszaküldik a kvantummetrológiát a jövőbe – Fizika világa

Időbélyeg: 12. január 2024. 11:00

<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="Hol van az én DeLoreanem? A visszafelé irányuló időutazás még mindig a sci-fi birodalmába tartozik, de a kvantumösszefonódás manipulálása lehetővé teszi a tudósok számára, hogy olyan kísérleteket tervezzenek, amelyek szimulálják azt. (Jóvolt: Shutterstock/FlashMovie)”> Egy művész képe római számokkal, mint ahogyan egy óra számlapján a távolba spirálozva csillagos háttér előtt
Hol van az én DeLoreanem? A visszafelé irányuló időutazás még mindig a sci-fi birodalmába tartozik, de a kvantumösszefonódás manipulálása lehetővé teszi a tudósok számára, hogy olyan kísérleteket tervezzenek, amelyek szimulálják azt. (Jó: Shutterstock/FlashMovie)

Kívántad már valaha, hogy visszamehetnél az időben és megváltoztathatod a döntéseidet? Ha a mai tudás visszautazhatna velünk az időben, megváltoztathatnánk cselekedeteinket a javunkra. Egyelőre az ilyen időutazás a fikció dolga, de egy kutatóhármas kimutatta, hogy a kvantumösszefonódás manipulálásával legalább olyan kísérleteket lehet tervezni, amelyek szimulálják azt.

Írás Fizikai áttekintés betűk, David Arvidsson-Shukur a Hitachi Cambridge Laboratory, Egyesült Királyság; Aidan McConnell a Cambridge-i Egyetem, Egyesült Királyság; és Nicole Yunger Halpern Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézete (NIST) és a Marylandi Egyetem olyan felépítést javasol, amelyben egy kísérletező visszaküldi az információkat az időben, hogy visszamenőleg – gyakorlatilag – úgy változtassa meg tevékenységét, hogy az optimális mérési eredményeket eredményezzen. Érdekes módon a trió felfedi, hogy az ilyen szimulált időutazás az összefonódott rendszerekben olyan fizikai előnyöket biztosíthat, amelyeket a tisztán klasszikus rendszerekben lehetetlen elérni.

A kvantummérés tudománya

Míg a tényleges visszafelé időutazás hipotetikus, kvantummechanikai változatokat javasoltak és kísérletileg szimulálva. Ezeknek a szimulációknak a kulcsfontosságú összetevője a teleportáció, ahol a kísérlet közbenső lépéséből származó állapot ténylegesen visszakerül a kezdetekhez. Ahhoz, hogy ez lehetséges legyen, az állapotokat össze kell keverni. Más szavakkal, meg kell osztaniuk egy olyan típusú kvantumkapcsolódást, amely két (vagy több) részecske között keletkezik, így az egyik állapota nem határozható meg a másik(ok)tól függetlenül.

Mivel az időutazás ezen szimulációi a kvantummechanikán alapulnak, lehetővé teszik a kutatók számára, hogy értelmes kérdéseket tegyenek fel a kvantumrendszerek természetéről és előnyeiről, ha vannak ilyenek. Az új munkában Arvidsson-Shukur, McConnell és Yunger Halpern éppen ezt teszi, és azt vizsgálja, milyen előnyei lehetnek a visszafelé történő időutazás szimulációinak. kvantummetrológia – a fizika olyan területe, amely a kvantummechanikát használja rendkívül precíz mérések elvégzésére.

Egy tipikus kvantummetrológiai probléma egy rendszer vagy folyamat valamilyen ismeretlen paraméterének kvantummechanikai szondák segítségével történő becslésével foglalkozik. Miután a szondákat előkészítették és interakcióba hozták a rendszerrel, a szondák állapotának átalakulási módja az ismeretlen paraméterrel kapcsolatos információkat kódolja. A cél a lehető legtöbb információ megszerzése szondánként.

Az utólagos szelektív mérés segíthet ebben. Ebben a folyamatban a kísérletező elvégzi a mérést, majd az eredménytől függően úgy dönt, hogy bizonyos kísérleti eredményeket bevon vagy kizár az elemzésből. Ez a tanult információkat szondánként koncentrálja.

Korábban Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern és munkatársaik igazolták hogy egy kvantumrendszerben az optimális bemeneti próbaállapot kiválasztása lehetővé teheti a kísérletező számára, hogy szondánként több információt nyerjen, mint amennyire klasszikusan lehetséges. Általában azonban a kísérletező csak az interakció megtörténte után tudja meg, hogy melyik bemeneti állapot lett volna az optimális. Egy időutazás nélküli forgatókönyvben ez nem jó.

A szimulált időutazás előnyei

Ha azonban a kísérletező az optimális bemeneti állapotot az időben visszateleportálja az összefonódás manipulációjával, a trió azt mutatja, hogy ez újszerű működési előnyökkel járhat. Javaslatukban egy kísérletező készít egy pár maximálisan összefonódott kvantumbitet vagy qubitet, amelyeket A-nak és C-nek neveznek, plusz egy további kubitet szondaként. A cél egy ismeretlen kölcsönhatás erősségének mérése a szonda segítségével. Kezdetben a kísérletező nem ismeri az A optimális bemeneti állapotát. Az első lépésben a szonda és az A qubit kölcsönhatásba lép. Az interakció ismeretlen paraméterére vonatkozó információ a szonda állapotában van kódolva. Egy közbenső lépésben azonban a kísérletező megméri az A qubit állapotát. Ez a mérés információt tár fel a még ismeretlen optimális állapotról.

Ezután a kísérletező ezt az információt használja fel egy D segédqubit elkészítésére ebben az optimális állapotban. Ezután megmérik a C és D qubit együttes állapotát. Ha ez a közös állapot nem egyezik A és C kezdeti közös állapotával, a mérést kihagyják az elemzésből. Ez hatékonyan kiválasztja azokat az eseteket, amikor az optimálisan előkészített D állapot az A qubit eredeti állapotába teleportálódik. A teleportáció azt jelenti, hogy amikor a kísérletező méri a szondát, akkor is rögzíti az optimális információnyereséget, még akkor is, ha a szondát kezdetben nem az optimális állapotba készítette. .

A kísérlet során a kísérletező sok nem egyező mérést elvetett. Ez költségesnek tűnhet. A kísérletező által megtartott mérések – amelyeknél sikeres a teleportálás – azonban szondánként nagy információnyereséggel rendelkeznek. Összességében elmondható, hogy a néhány optimális szondával nyert információ meghaladja a veszteségeket, ha több kísérlet során összegezzük.

Még mindig vita tárgyát képezi, hogy az időutazás fizikailag lehetséges-e vagy sem. A kísérletezők azonban használhatják a kvantummechanikát és szimulálhatják az időutazást a laboratóriumban, hogy pontosabb méréseket végezhessenek. Amint Arvidsson-Shukur, McConnell és Yunger Halpern arra a következtetésre jut írásukban: „Bár az [időutazási] szimulációk nem teszik lehetővé, hogy visszamenjünk és megváltoztassuk a múltunkat, de lehetővé teszik, hogy jobb holnapot teremtsünk a tegnapi problémák ma megoldásával.”

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa