Le simulazioni di viaggi nel tempo rimandano al futuro la metrologia quantistica – Physics World

Le simulazioni di viaggi nel tempo rimandano al futuro la metrologia quantistica – Physics World

Timestamp: 12 gennaio 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="Dov'è la mia DeLorean? Il viaggio indietro nel tempo è ancora nel regno della fantascienza, ma la manipolazione dell’entanglement quantistico consente agli scienziati di progettare esperimenti che lo simulano. (Per gentile concessione di Shutterstock/FlashMovie)”> Immagine dell'artista che mostra numeri romani come quelli che vedresti sul quadrante di un orologio che si muove a spirale in lontananza su uno sfondo stellato
Dov'è la mia DeLorean? Il viaggio indietro nel tempo è ancora nel regno della fantascienza, ma la manipolazione dell’entanglement quantistico consente agli scienziati di progettare esperimenti che lo simulano. (Per gentile concessione: Shutterstock/FlashMovie)

Hai mai desiderato di poter tornare indietro nel tempo e cambiare le tue decisioni? Se solo la conoscenza di oggi potesse viaggiare indietro nel tempo con noi, potremmo modificare le nostre azioni a nostro vantaggio. Per ora, questo viaggio nel tempo è roba da finzione, ma un trio di ricercatori ha dimostrato che manipolando l’entanglement quantistico, si possono almeno progettare esperimenti che lo simulino.

Scrivere dentro Physical Review Letters, David Arvidsson-Shukur dell'Hitachi Cambridge Laboratory, Regno Unito; Aidan McConnell dell'Università di Cambridge, Regno Unito; E Nicole Yunger Halpern del National Institute of Standards and Technology (NIST) degli Stati Uniti e dell’Università del Maryland propongono un assetto in cui uno sperimentatore invia informazioni indietro nel tempo per modificare retroattivamente – in effetti – le proprie azioni in modo da produrre misurazioni ottimali. Curiosamente, i tre rivelano che tale viaggio temporale simulato in sistemi entangled può facilitare vantaggi fisici che sarebbero impossibili da ottenere in sistemi puramente classici.

La scienza delle misurazioni quantistiche

Sebbene l'effettivo viaggio all'indietro nel tempo sia ipotetico, sono state proposte versioni quantomeccaniche simulato sperimentalmente. Un ingrediente cruciale di queste simulazioni è il teletrasporto, in cui uno stato della fase intermedia dell’esperimento viene effettivamente rimandato all’inizio. Perché ciò sia possibile è necessario che gli Stati siano coinvolti. In altre parole, devono condividere un tipo di connessione quantistica che si crea tra due (o più) particelle in modo tale che lo stato di una non possa essere definito indipendentemente dalle altre.

Poiché queste simulazioni di viaggi nel tempo si basano sulla meccanica quantistica, consentono ai ricercatori di porre domande significative sulla natura e sugli eventuali vantaggi dei sistemi quantistici. Nel nuovo lavoro, Arvidsson-Shukur, McConnell e Yunger Halpern fanno proprio questo, indagando quali vantaggi possono avere le simulazioni di viaggi nel tempo all’indietro. metrologia quantistica – un campo della fisica che utilizza la meccanica quantistica per effettuare misurazioni altamente precise.

Un tipico problema di metrologia quantistica riguarda la stima di alcuni parametri sconosciuti di un sistema o processo utilizzando sonde quantomeccaniche. Una volta che le sonde sono state preparate e fatte interagire con il sistema, il modo in cui lo stato delle sonde si trasforma codificherà le informazioni sul parametro sconosciuto. L'obiettivo è acquisire quante più informazioni possibili per sonda.

La misurazione post-selettiva può aiutare in questo. In questo processo, lo sperimentatore effettua una misurazione e poi, a seconda del risultato, sceglie di includere o escludere determinati risultati sperimentali dall'analisi. Ciò concentra le informazioni apprese per sonda.

In precedenza, Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern e i loro collaboratori dimostrato che in un sistema quantistico, la scelta di uno stato ottimale della sonda di input può consentire a uno sperimentalista di ottenere più informazioni per sonda di quanto sia possibile classicamente. Tuttavia, in genere lo sperimentatore apprende quale stato di input sarebbe stato ottimale solo dopo che si è verificata l'interazione. In uno scenario senza viaggi nel tempo, questo non va bene.

Vantaggio del viaggio nel tempo simulato

Se, tuttavia, lo sperimentalista teletrasporta lo stato ottimale dell’input indietro nel tempo tramite la manipolazione dell’entanglement, il trio mostra che ciò potrebbe produrre nuovi vantaggi operativi. Nella loro proposta, uno sperimentatore prepara una coppia di bit quantistici, o qubit, chiamati A e C, più un qubit aggiuntivo come sonda. L'obiettivo è misurare la forza di un'interazione sconosciuta utilizzando la sonda. Inizialmente, lo sperimentalista non è a conoscenza dello stato di input ottimale per A. Nella prima fase, la sonda e il qubit A interagiscono. L’informazione sul parametro sconosciuto dell’interazione è codificata nello stato della sonda. In una fase intermedia, tuttavia, lo sperimentalista misura lo stato del qubit A. Questa misurazione rivela informazioni sullo stato ottimale ancora sconosciuto.

Successivamente, lo sperimentatore utilizza queste informazioni per preparare un qubit ausiliario D in questo stato ottimale. Quindi misurano lo stato congiunto dei qubit C e D. Se questo stato congiunto non corrisponde allo stato congiunto iniziale di A e C, la misurazione viene scartata dall'analisi. Ciò individua effettivamente i casi in cui lo stato D preparato in modo ottimale si teletrasporta nello stato originale del qubit A. Il teletrasporto implica che quando lo sperimentatore misura la sonda, registra il guadagno ottimale di informazioni anche se inizialmente non ha preparato la sonda nello stato ottimale .

Durante l'esperimento, lo sperimentatore scartava molte misurazioni non corrispondenti. Potrebbe sembrare costoso. Tuttavia, le misurazioni effettuate dallo sperimentalista – quelle in cui il teletrasporto ha successo – hanno un elevato guadagno di informazioni per sonda. Nel complesso, le informazioni ottenute da alcune sonde ottimali superano le perdite se sommate su più prove.

Se il viaggio nel tempo sia fisicamente possibile o meno è ancora dibattuto. Tuttavia, gli sperimentali possono utilizzare la meccanica quantistica e simulare il viaggio nel tempo in laboratorio per eseguire misurazioni più precise. Come concludono Arvidsson-Shukur, McConnell e Yunger Halpern nel loro articolo: “Sebbene le simulazioni [di viaggio nel tempo] non ti permettano di tornare indietro e alterare il tuo passato, ti permettono di creare un domani migliore risolvendo oggi i problemi di ieri”.

Timestamp:

Di più da Mondo della fisica