タイムトラベルのシミュレーションで量子計測学を未来に戻す – 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="私のデロリアンはどこですか？ 逆方向タイムトラベルはまだ SF の世界ですが、科学者は量子のもつれを操作することで、それをシミュレートする実験を計画することができます。 (提供: Shutterstock/FlashMovie)”>

過去に戻って自分の決断を変えられたらいいのにと思ったことはありませんか?もし今日の知識だけを過去に遡ることができれば、私たちは自分の行動を自分に有利になるように変えることができるでしょう。今のところ、そのようなタイムトラベルはフィクションの話だが、3人の研究者らは、量子のもつれを操作することで、少なくともそれをシミュレートする実験を計画できることを示した。

書き込む Physical Review Lettersに, デビッド・アルビッドソン・シュクル 英国、日立ケンブリッジ研究所の。 エイダン・マコーネル 英国ケンブリッジ大学の博士号。そして ニコール・ユンガー・ハルパーン 米国国立標準技術研究所 (NIST) とメリーランド大学は、実験者が情報を過去に送信して、最適な測定値を生み出す方法で実験者が過去に遡って行動を変更するという設定を提案しています。興味深いことに、このトリオは、絡み合ったシステムでのこのようなシミュレートされたタイムトラベルが、純粋に古典的なシステムでは達成不可能な物理的利点を促進できることを明らかにしました。

量子測定の科学

実際の逆方向タイムトラベルは仮説ですが、量子力学的なバージョンが提案されており、 実験的にシミュレートされた。これらのシミュレーションの重要な要素はテレポートであり、実験の中間ステップの状態が効果的に最初に戻されます。これを可能にするためには、国家が絡み合っている必要があります。言い換えれば、それらは、一方の状態を他方から独立して定義できないように、2 つ (またはそれ以上) の粒子間で生じるある種の量子結合性を共有する必要があります。

これらのタイムトラベルのシミュレーションは量子力学に依存しているため、研究者は量子システムの性質や利点（ある場合）について有意義な質問をすることができます。新しい研究では、Arvidsson-Shukur、McConnell、Yunger Halpern が、逆方向タイムトラベルのシミュレーションがどのような利点をもたらすかを調査することで、まさにそれを行っています。 量子計測学 – 量子力学を使用して高精度の測定を行う物理学の分野。

典型的な量子計測の問題は、量子力学プローブを使用してシステムまたはプロセスの未知のパラメーターを推定することを扱います。プローブが準備され、システムと対話できるようになると、プローブの状態変換の方法によって未知のパラメーターに関する情報がエンコードされます。目標は、プローブごとにできるだけ多くの情報を学習することです。

選択後の測定はこれに役立ちます。このプロセスでは、実験者は測定を行い、その結果に応じて、特定の実験結果を分析に含めるか除外するかを選択します。これにより、プローブごとに学習された情報が集中します。

以前は、Arvidsson-Shukur、Yunger Halpern とその協力者 実証 量子システムでは、最適な入力プローブ状態を選択することで、実験者は古典的に可能であったよりも多くの情報をプローブごとに取得できるようになります。ただし、通常、実験者は、相互作用が発生した後でのみ、どの入力状態が最適であったかを学習します。タイムトラベルのないシナリオでは、これは役に立ちません。

模擬タイムトラベルの利点

しかし、実験者がエンタングルメント操作によって最適な入力状態を過去にテレポートさせた場合、このトリオは、これにより新たな操作上の利点がもたらされる可能性があることを示しています。彼らの提案では、実験者は、A および C と呼ばれる、最大限にもつれた量子ビット (量子ビット) のペアと、プローブとして追加の量子ビットを準備します。目的は、プローブを使用して未知の相互作用の強度を測定することです。最初、実験者は A の最適な入力状態を知りません。最初のステップで、プローブと量子ビット A が相互作用します。インタラクションの未知のパラメータに関する情報は、プローブの状態にエンコードされます。ただし、中間ステップで、実験者は量子ビット A の状態を測定します。この測定により、まだ知られていない最適な状態に関する情報が明らかになります。

次に、実験者はこの情報を使用して、この最適な状態で補助量子ビット D を準備します。次に、量子ビット C と D の結合状態を測定します。この結合状態が A と C の初期結合状態と一致しない場合、測定は解析から破棄されます。これは、最適に準備された状態 D が量子ビット A の元の状態にテレポートするインスタンスを効果的に抽出します。テレポートは、実験者がプローブを測定すると、最初は最適な状態でプローブを準備していなかったとしても、最適な情報利得を記録することを意味します。 。

量子物理学へのスチームパンクガイド

実験中、実験者は多くの不一致の測定値を破棄します。それは費用がかかるように思えるかもしれません。ただし、実験者が保持している測定値 (テレポートが成功した測定値) では、プローブごとに高い情報利得が得られます。全体として、いくつかの最適なプローブから得られる情報は、複数の試行にわたって合計した場合の損失を上回ります。

タイムトラベルが物理的に可能かどうかはまだ議論されています。ただし、実験者は量子力学を使用し、研究室でタイムトラベルをシミュレートして、より正確な測定を実行できます。アルビッドソン＝シュクル氏、マコーネル氏、ユンガー・ハルパーン氏は論文の中で「タイムトラベルシミュレーションでは過去に戻って過去を変えることはできないが、昨日の問題を今日解決することでより良い明日を築くことはできる」と結論づけている。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/simulations-of-time-travel-send-quantum-metrology-back-to-the-future/