Simulacije potovanja skozi čas pošiljajo kvantno meroslovje nazaj v prihodnost – svet fizike

Simulacije potovanja skozi čas pošiljajo kvantno meroslovje nazaj v prihodnost – svet fizike

Časovni žig: 12. januar 2024 11

<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="Kje je moj DeLorean? Potovanje nazaj skozi čas je še vedno na področju znanstvene fantastike, vendar manipulacija s kvantno prepletenostjo omogoča znanstvenikom, da oblikujejo poskuse, ki jo simulirajo. (Z dovoljenjem: Shutterstock/FlashMovie)”> Slika umetnika, ki prikazuje rimske številke, kot bi jih videli na številčnici ure, ki se spiralno vrtijo v daljavo na zvezdnatem ozadju
Kje je moj DeLorean? Potovanje nazaj skozi čas je še vedno na področju znanstvene fantastike, vendar manipulacija s kvantno prepletenostjo omogoča znanstvenikom, da oblikujejo poskuse, ki jo simulirajo. (Z dovoljenjem: Shutterstock/FlashMovie)

Ste si kdaj želeli, da bi se vrnili v preteklost in spremenili svoje odločitve? Če bi samo današnje znanje lahko potovalo z nami v preteklost, bi lahko spremenili svoja dejanja sebi v prid. Zaenkrat je takšno potovanje skozi čas le fikcija, a trojica raziskovalcev je pokazala, da je mogoče z manipulacijo kvantne prepletenosti oblikovati vsaj poskuse, ki jo simulirajo.

Pisanje v Pisni pregledi fizike, David Arvidsson-Shukur Hitachi Cambridge Laboratory, Združeno kraljestvo; Aidan McConnell Univerze v Cambridgeu, Združeno kraljestvo; in Nicole Yunger Halpern z ameriškega Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo (NIST) in Univerze v Marylandu predlagata postavitev, v kateri eksperimentator pošlje informacije nazaj v preteklost, da retroaktivno – dejansko – spremeni svoja dejanja na način, ki proizvaja optimalne meritve. Zanimivo je, da trio razkriva, da lahko takšno simulirano potovanje skozi čas v zapletenih sistemih olajša fizične prednosti, ki bi jih bilo nemogoče doseči v čisto klasičnih sistemih.

Znanost o kvantnih meritvah

Čeprav je dejansko potovanje v času nazaj hipotetično, so bile predlagane kvantnomehanske različice in eksperimentalno simulirano. Bistvena sestavina teh simulacij je teleportacija, pri kateri se stanje iz vmesnega koraka poskusa dejansko pošlje nazaj na začetek. Da bi bilo to mogoče, morajo biti države prepletene. Z drugimi besedami, deliti morajo vrsto kvantne povezanosti, ki nastane med dvema (ali več) delci, tako da stanja enega ni mogoče definirati neodvisno od drugega(-ih).

Ker te simulacije potovanja skozi čas temeljijo na kvantni mehaniki, omogočajo raziskovalcem, da postavljajo pomembna vprašanja o naravi in ​​morebitnih prednostih kvantnih sistemov. V novem delu Arvidsson-Shukur, McConnell in Yunger Halpern počnejo prav to z raziskovanjem, kakšne prednosti imajo lahko simulacije potovanja nazaj v čas kvantno meroslovje – področje fizike, ki uporablja kvantno mehaniko za zelo natančne meritve.

Tipičen problem kvantnega meroslovja se ukvarja z ocenjevanjem nekega neznanega parametra sistema ali procesa z uporabo kvantno mehanskih sond. Ko so sonde pripravljene in narejene za interakcijo s sistemom, bo način preoblikovanja stanja sond kodiral informacije o neznanem parametru. Cilj je izvedeti čim več informacij na sondo.

Pri tem lahko pomaga postselektivna meritev. V tem procesu eksperimentalec opravi meritev in se nato, odvisno od rezultata, odloči vključiti ali izključiti določene eksperimentalne rezultate iz analize. To koncentrira informacije, pridobljene na sondo.

Pred tem Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern in njihovi sodelavci Dokazano da lahko v kvantnem sistemu izbira optimalnega stanja vhodne sonde omogoči eksperimentalcu, da pridobi več informacij na sondo, kot je to mogoče klasično. Vendar se običajno eksperimentalec nauči, katero vhodno stanje bi bilo optimalno šele potem, ko pride do interakcije. V scenariju brez potovanja skozi čas to ni dobro.

Prednost simuliranega potovanja skozi čas

Če pa eksperimentalec teleportira optimalno vhodno stanje nazaj v čas z manipulacijo zapletanja, trio pokaže, da bi to lahko ustvarilo nove operativne prednosti. V svojem predlogu eksperimentator pripravi par maksimalno zapletenih kvantnih bitov ali kubitov, imenovanih A in C, ter dodatni kubit kot sondo. Cilj je izmeriti moč neznane interakcije s pomočjo sonde. Eksperimentalist se na začetku ne zaveda optimalnega vhodnega stanja za A. V prvem koraku sonda in kubit A medsebojno vplivata. Informacije o neznanem parametru interakcije so kodirane v stanju sonde. V vmesnem koraku pa eksperimentalec izmeri stanje kubita A. Ta meritev razkrije informacije o še neznanem optimalnem stanju.

Nato eksperimentator uporabi te informacije za pripravo pomožnega kubita D v tem optimalnem stanju. Nato izmerijo skupno stanje kubitov C in D. Če se to skupno stanje ne ujema z začetnim skupnim stanjem A in C, se meritev izloči iz analize. To učinkovito izbere primere, ko se optimalno pripravljeno stanje D teleportira v prvotno stanje kubita A. Teleportacija pomeni, da ko eksperimentalec izmeri sondo, zabeleži optimalni dobiček informacij, čeprav sonde na začetku ni pripravil v optimalnem stanju. .

Med poskusom bi eksperimentator zavrgel veliko meritev, ki se ne ujemajo. To se morda zdi drago. Vendar imajo meritve, ki jih vodi eksperimentator – tiste, pri katerih je teleportacija uspešna – visoko pridobitev informacij na sondo. Na splošno informacije, pridobljene z nekaj optimalnimi sondami, odtehtajo izgube, če jih seštejemo v več poskusih.

Še vedno se razpravlja o tem, ali je potovanje skozi čas fizično možno ali ne. Vendar pa lahko eksperimentalci uporabijo kvantno mehaniko in simulirajo potovanje skozi čas v laboratoriju, da izvedejo natančnejše meritve. Kot zaključujejo Arvidsson-Shukur, McConnell in Yunger Halpern v svojem prispevku: »Medtem ko vam simulacije [časovnega potovanja] ne omogočajo, da se vrnete nazaj in spremenite svojo preteklost, vam omogočajo, da ustvarite boljši jutri tako, da danes popravite včerajšnje težave.«

Časovni žig:

Več od Svet fizike