시간 여행 시뮬레이션으로 양자 계측학을 미래로 보내다 – Physics World

시간 여행 시뮬레이션으로 양자 계측학을 미래로 보내다 – Physics World

타임 스탬프 : 12 년 2024 월 11 일 오전 00:XNUMX

<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="내 DeLorean은 어디에 있나요? 역방향 시간 여행은 여전히 ​​공상 과학의 영역에 속하지만, 양자 얽힘을 조작하면 과학자들은 이를 시뮬레이션하는 실험을 설계할 수 있습니다. (제공: Shutterstock/FlashMovie)”> 별이 빛나는 배경을 배경으로 멀리 나선형으로 회전하는 시계 문자판에서 볼 수 있는 로마 숫자를 보여주는 아티스트의 이미지
내 DeLorean은 어디에 있나요? 역방향 시간 여행은 여전히 ​​공상 과학의 영역에 속하지만, 양자 얽힘을 조작하면 과학자들은 이를 시뮬레이션하는 실험을 설계할 수 있습니다. (제공: Shutterstock/FlashMovie)

과거로 돌아가서 결정을 바꾸고 싶었던 적이 있나요? 오늘의 지식만이 우리와 함께 시간을 거슬러 올라갈 수 있다면 우리는 우리의 행동을 우리에게 유리하게 바꿀 수 있습니다. 현재로서는 그러한 시간 여행은 허구이지만 세 명의 연구자들은 양자 얽힘을 조작함으로써 적어도 그것을 시뮬레이션하는 실험을 설계할 수 있음을 보여주었습니다.

글쓰기 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters), 데이비드 아르비드손-슈쿠르 영국 Hitachi Cambridge Laboratory 소속; 에이단 맥코넬 영국 케임브리지 대학교; 그리고 니콜 융거 할펀 미국 국립표준기술연구소(NIST)와 메릴랜드 대학교는 실험자가 정보를 과거로 보내 소급하여 실제로 최적의 측정을 생성하는 방식으로 행동을 변경하는 설정을 제안합니다. 흥미롭게도 세 사람은 얽힌 시스템에서 시뮬레이션된 시간 여행이 순수 고전 시스템에서는 달성할 수 없는 물리적 이점을 촉진할 수 있음을 밝혔습니다.

양자 측정의 과학

실제 역방향 시간 여행은 가정적인 반면, 양자 역학적 버전이 제안되었으며 실험적으로 시뮬레이션. 이러한 시뮬레이션의 중요한 요소는 순간 이동입니다. 즉, 실험 중간 단계의 상태를 효과적으로 처음으로 되돌려 보냅니다. 이것이 가능하려면 상태가 얽혀 있어야 합니다. 즉, 두 개(또는 그 이상) 입자 사이에서 발생하는 일종의 양자 연결성을 공유해야 하므로 하나의 상태가 다른 입자와 독립적으로 정의될 수 없습니다.

이러한 시간 여행 시뮬레이션은 양자역학에 의존하기 때문에 연구자들은 양자 시스템의 특성과 이점(있는 경우)에 대해 의미 있는 질문을 할 수 있습니다. 새로운 연구에서 Arvidsson-Shukur, McConnell 및 Yunger Halpern은 과거 시간 여행 시뮬레이션이 어떤 이점을 가질 수 있는지 조사하여 이를 수행했습니다. 양자 계측학 – 양자 역학을 사용하여 매우 정확한 측정을 수행하는 물리학 분야입니다.

일반적인 양자 계측 문제는 양자 역학 프로브를 사용하여 시스템이나 프로세스의 알려지지 않은 일부 매개변수를 추정하는 문제를 다룹니다. 프로브가 준비되어 시스템과 상호 작용하도록 만들어지면 프로브의 상태가 변환되는 방식에 알 수 없는 매개변수에 대한 정보가 인코딩됩니다. 목표는 프로브당 가능한 많은 정보를 학습하는 것입니다.

선택 후 측정이 이에 도움이 될 수 있습니다. 이 과정에서 실험자는 측정을 수행한 다음 결과에 따라 특정 실험 결과를 분석에 포함하거나 제외하도록 선택합니다. 이는 프로브별로 학습된 정보를 집중시킵니다.

이전에는 Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern 및 그 협력자들이 시연 양자 시스템에서 최적의 입력 프로브 상태를 선택하면 실험자는 프로브당 기존보다 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다. 그러나 일반적으로 실험자는 상호 작용이 발생한 후에만 어떤 입력 상태가 최적이었을지 학습합니다. 시간 여행이 없는 시나리오에서는 이는 좋지 않습니다.

시뮬레이션된 시간 여행의 장점

그러나 실험자가 얽힘 조작을 통해 최적의 입력 상태를 시간을 거슬러 순간 이동시키는 경우 트리오는 이것이 새로운 작동 이점을 생성할 수 있음을 보여줍니다. 그들의 제안에서 실험자는 A와 C라고 불리는 최대로 얽힌 양자 비트 또는 큐비트 쌍과 프로브로 추가 큐비트를 준비합니다. 목표는 프로브를 사용하여 알려지지 않은 상호 작용의 강도를 측정하는 것입니다. 처음에 실험자는 A에 대한 최적의 입력 상태를 인식하지 못합니다. 첫 번째 단계에서 프로브와 큐비트 A는 상호 작용합니다. 상호작용의 알 수 없는 매개변수에 대한 정보는 프로브 상태에 인코딩됩니다. 그러나 중간 단계에서 실험자는 큐비트 A의 상태를 측정합니다. 이 측정은 아직 알려지지 않은 최적 상태에 대한 정보를 드러냅니다.

다음으로 실험자는 이 정보를 사용하여 최적 상태의 보조 큐비트 D를 준비합니다. 그런 다음 큐비트 C와 D의 결합 상태를 측정합니다. 이 결합 상태가 A와 C의 초기 결합 상태와 일치하지 않으면 측정이 분석에서 삭제됩니다. 이는 최적으로 준비된 상태 D가 큐비트 A의 원래 상태로 순간 이동하는 인스턴스를 효과적으로 선택합니다. 순간 이동은 실험자가 프로브를 측정할 때 처음에 최적 상태에서 프로브를 준비하지 않았더라도 최적의 정보 획득을 기록한다는 것을 의미합니다. .

실험 중에 실험자는 일치하지 않는 많은 측정값을 폐기했습니다. 비용이 많이 드는 것처럼 보일 수도 있습니다. 그러나 실험자가 유지하는 측정값(순간이동이 성공한 측정값)은 프로브당 높은 정보 이득을 얻습니다. 전반적으로, 몇 가지 최적의 프로브에서 얻은 정보는 여러 번의 시도를 통해 합산될 때 손실보다 큽니다.

시간 여행이 물리적으로 가능한지 여부는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 그러나 실험가들은 양자 역학을 사용하고 실험실에서 시간 여행을 시뮬레이션하여 보다 정확한 측정을 수행할 수 있습니다. Arvidsson-Shukur, McConnell 및 Yunger Halpern은 논문에서 다음과 같이 결론을 내렸습니다. "[시간 여행] 시뮬레이션을 통해 과거로 돌아가서 변경할 수는 없지만 어제의 문제를 오늘 해결하여 더 나은 내일을 만들 수 있습니다."

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