Simulações de viagens no tempo enviam a metrologia quântica de volta ao futuro – 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="Onde está meu DeLorean? A viagem no tempo para trás ainda faz parte do domínio da ficção científica, mas a manipulação do emaranhado quântico permite aos cientistas projetar experimentos que o simulem. (Cortesia: Shutterstock/FlashMovie)”>

Você já desejou poder voltar no tempo e mudar suas decisões? Se ao menos o conhecimento de hoje pudesse viajar connosco no tempo, poderíamos alterar as nossas ações em nosso benefício. Por enquanto, essa viagem no tempo é matéria de ficção, mas um trio de pesquisadores mostrou que, ao manipular o emaranhado quântico, é possível, pelo menos, projetar experimentos que o simulem.

Escrevendo em Physical Review Letters, David Arvidsson-Shukur do Laboratório Hitachi Cambridge, Reino Unido; Aidan McConnell da Universidade de Cambridge, Reino Unido; e Nicole Yunger Halpern do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA (NIST) e da Universidade de Maryland propõem uma configuração na qual um experimentalista envia informações de volta no tempo para retroativamente – na verdade – alterar suas ações de uma forma que produza medições ideais. Curiosamente, o trio revela que tal viagem no tempo simulada em sistemas emaranhados pode facilitar vantagens físicas que seriam impossíveis de alcançar em sistemas puramente clássicos.

A ciência das medições quânticas

Embora a viagem real no tempo seja hipotética versões da mecânica quântica foram propostas e simulado experimentalmente. Um ingrediente crucial dessas simulações é o teletransporte, em que um estado da etapa intermediária do experimento é efetivamente enviado de volta ao início. Para que isso seja possível, os estados devem estar emaranhados. Em outras palavras, eles devem compartilhar um tipo de conexão quântica que surge entre duas (ou mais) partículas, de modo que o estado de uma não pode ser definido independentemente da(s) outra(s).

Uma vez que estas simulações de viagens no tempo dependem da mecânica quântica, permitem aos investigadores fazer perguntas significativas sobre a natureza e as vantagens, se houver, dos sistemas quânticos. No novo trabalho, Arvidsson-Shukur, McConnell e Yunger Halpern fazem exatamente isso, investigando quais vantagens as simulações de viagens no tempo para trás podem ter para metrologia quântica – um campo da física que utiliza a mecânica quântica para fazer medições altamente precisas.

Um problema típico de metrologia quântica trata da estimativa de algum parâmetro desconhecido de um sistema ou processo usando sondas de mecânica quântica. Uma vez que as sondas são preparadas e feitas para interagir com o sistema, a forma como o estado das sondas se transforma irá codificar informações sobre o parâmetro desconhecido. O objetivo é aprender o máximo de informações possível por sonda.

A medição pós-seletiva pode ajudar nisso. Neste processo, o experimentalista faz uma medição e então, dependendo do resultado, opta por incluir ou excluir certos resultados experimentais da análise. Isso concentra as informações aprendidas por sonda.

Anteriormente, Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern e seus colaboradores demonstraram que em um sistema quântico, a escolha de um estado de sonda de entrada ideal pode permitir que um experimentalista obtenha mais informações por sonda do que é possível classicamente. No entanto, normalmente o experimentalista aprende qual estado de entrada seria ideal somente após a ocorrência da interação. Num cenário sem viagem no tempo, isso não é bom.

Vantagem da viagem no tempo simulada

Se, no entanto, o experimentalista teletransportar o estado de entrada ideal de volta no tempo através da manipulação do emaranhamento, o trio mostra que isso poderia produzir novas vantagens operacionais. Em sua proposta, um experimentalista prepara um par de bits quânticos maximamente emaranhados, ou qubits, chamados A e C, além de um qubit adicional como sonda. O objetivo é medir a força de uma interação desconhecida usando a sonda. Inicialmente, o experimentalista não tem conhecimento do estado de entrada ideal para A. Na primeira etapa, a sonda e o qubit A interagem. A informação sobre o parâmetro desconhecido da interação é codificada no estado da sonda. Numa etapa intermediária, entretanto, o experimentalista mede o estado do qubit A. Esta medição revela informações sobre o estado ideal ainda desconhecido.

A seguir, o experimentalista usa esta informação para preparar um qubit auxiliar D neste estado ideal. Em seguida, eles medem o estado conjunto dos qubits C e D. Se esse estado conjunto não corresponder ao estado conjunto inicial de A e C, a medição é descartada da análise. Isso efetivamente seleciona instâncias onde o estado D preparado de maneira ideal se teletransporta para o estado original do qubit A. O teletransporte implica que quando o experimentalista mede a sonda, ele registra o ganho de informação ideal, mesmo que inicialmente não tenha preparado a sonda no estado ideal .

Um guia steampunk para física quântica

Durante o experimento, o experimentalista descartaria muitas medições não correspondentes. Isso pode parecer caro. Porém, as medições que o experimentalista mantém – aquelas onde o teletransporte é bem-sucedido – apresentam alto ganho de informação por sonda. No geral, as informações obtidas com algumas sondas ideais superam as perdas quando somadas em vários ensaios.

Se a viagem no tempo é fisicamente possível ou não, ainda é um debate. No entanto, os experimentalistas podem usar a mecânica quântica e simular viagens no tempo no laboratório para realizar medições mais precisas. Como Arvidsson-Shukur, McConnell e Yunger Halpern concluem em seu artigo: “Embora as simulações [de viagem no tempo] não permitam que você volte e altere seu passado, elas permitem que você crie um amanhã melhor, resolvendo hoje os problemas de ontem”.

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