การจำลองการเดินทางข้ามเวลาส่งมาตรวิทยาควอนตัมกลับสู่อนาคต - โลกฟิสิกส์

การจำลองการเดินทางข้ามเวลาส่งมาตรวิทยาควอนตัมกลับสู่อนาคต - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 12 มกราคม 2024 11:00 น

<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="DeLorean ของฉันอยู่ที่ไหน การเดินทางข้ามเวลายังคงอยู่ในขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์ แต่การจัดการกับความยุ่งเหยิงของควอนตัมทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบการทดลองที่จำลองมันได้ (เอื้อเฟื้อโดย: Shutterstock/FlashMovie)”> รูปภาพของศิลปินที่แสดงเลขโรมันเหมือนที่คุณเห็นบนหน้าปัดนาฬิกาที่หมุนวนไปในระยะไกลโดยมีฉากหลังเต็มไปด้วยดวงดาว
DeLorean ของฉันอยู่ที่ไหน การเดินทางข้ามเวลายังคงอยู่ในขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์ แต่การจัดการกับความยุ่งเหยิงของควอนตัมทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบการทดลองที่จำลองมันได้ (เอื้อเฟื้อโดย: Shutterstock/FlashMovie)

คุณเคยคิดอยากจะย้อนเวลากลับไปและเปลี่ยนแปลงการตัดสินใจของคุณหรือไม่? หากเพียงความรู้จากวันนี้สามารถย้อนเวลากลับไปกับเราได้ เราก็สามารถปรับเปลี่ยนการกระทำของเราให้เป็นประโยชน์ได้ ในตอนนี้ การเดินทางข้ามเวลาเป็นเพียงเรื่องแต่ง แต่นักวิจัยสามคนได้แสดงให้เห็นว่า อย่างน้อยที่สุด เราก็สามารถออกแบบการทดลองที่จำลองการพัวพันของควอนตัมได้

เขียนเข้า จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น, เดวิด อาร์วิดสัน-ชูเกอร์ แห่งห้องปฏิบัติการฮิตาชิเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร; ไอแดน แมคคอนเนลล์ แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร; และ นิโคล ยังเกอร์ ฮาลเพิร์น ของสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NIST) และมหาวิทยาลัยแมริแลนด์เสนอแนวทางที่นักทดลองส่งข้อมูลย้อนเวลากลับไปเพื่อเปลี่ยนแปลงการกระทำของพวกเขาในลักษณะที่ให้การวัดผลที่เหมาะสมที่สุด น่าประหลาดใจที่ทั้งสามเผยให้เห็นว่าการเดินทางข้ามเวลาจำลองดังกล่าวในระบบที่พันกันสามารถเอื้อให้เกิดความได้เปรียบทางกายภาพซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุในระบบคลาสสิกล้วนๆ

ศาสตร์แห่งการวัดควอนตัม

แม้ว่าการเดินทางย้อนเวลาจริงนั้นเป็นเพียงสมมุติฐาน แต่ก็มีการเสนอเวอร์ชันกลไกควอนตัมและ จำลองการทดลอง. องค์ประกอบที่สำคัญของการจำลองเหล่านี้คือการเทเลพอร์ต ซึ่งสถานะจากขั้นตอนกลางของการทดลองจะถูกส่งกลับไปยังจุดเริ่มต้นอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้สิ่งนี้เป็นไปได้ รัฐต่างๆ จะต้องเข้าไปพัวพัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกเขาจะต้องแบ่งปันประเภทของการเชื่อมต่อควอนตัมที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคสองตัว (หรือมากกว่า) ในลักษณะที่ไม่สามารถกำหนดสถานะของอนุภาคหนึ่งได้โดยแยกจากอนุภาคอื่น

เนื่องจากการจำลองการเดินทางข้ามเวลาเหล่านี้อาศัยกลศาสตร์ควอนตัม จึงทำให้นักวิจัยสามารถถามคำถามที่มีความหมายเกี่ยวกับธรรมชาติและข้อดีของระบบควอนตัม (หากมี) ในงานชิ้นใหม่ Arvidsson-Shukur, McConnell และ Yunger Halpern ทำเช่นนั้นโดยการตรวจสอบว่าการจำลองการเดินทางข้ามเวลามีข้อดีอะไรบ้าง มาตรวิทยาควอนตัม – สาขาฟิสิกส์ที่ใช้กลศาสตร์ควอนตัมเพื่อทำการวัดที่มีความแม่นยำสูง

ปัญหามาตรวิทยาควอนตัมทั่วไปเกี่ยวข้องกับการประมาณค่าพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จักของระบบหรือกระบวนการโดยใช้โพรบเชิงกลควอนตัม เมื่อโพรบถูกเตรียมและโต้ตอบกับระบบ วิธีที่การแปลงสถานะของโพรบจะเข้ารหัสข้อมูลเกี่ยวกับพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จัก เป้าหมายคือการเรียนรู้ข้อมูลให้มากที่สุดต่อการสอบสวนแต่ละครั้ง

การวัดผลภายหลังการคัดเลือกสามารถช่วยในเรื่องนี้ได้ ในกระบวนการนี้ ผู้ทดลองจะทำการวัดผล จากนั้นจึงเลือกที่จะรวมหรือแยกผลการทดลองบางอย่างออกจากการวิเคราะห์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ ซึ่งจะเน้นข้อมูลที่เรียนรู้ต่อโพรบ

ก่อนหน้านี้ Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern และผู้ร่วมงานของพวกเขา แสดงให้เห็นถึง ในระบบควอนตัม การเลือกสถานะโพรบอินพุตที่เหมาะสมที่สุดสามารถช่วยให้นักทดลองได้รับข้อมูลต่อโพรบมากกว่าที่เป็นไปได้แบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วนักทดลองจะเรียนรู้ว่าสถานะอินพุตใดจะเหมาะสมที่สุดหลังจากการโต้ตอบเกิดขึ้นเท่านั้น ในสถานการณ์ที่ไม่มีการเดินทางข้ามเวลา สิ่งนี้ไม่ดี

ข้อดีของการเดินทางข้ามเวลาจำลอง

อย่างไรก็ตาม หากนักทดลองเคลื่อนย้ายสถานะอินพุตที่เหมาะสมที่สุดย้อนเวลากลับไปโดยการจัดการสิ่งกีดขวาง ทั้งสามคนก็แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้สามารถสร้างข้อได้เปรียบในการปฏิบัติงานแบบใหม่ได้ ในข้อเสนอของพวกเขา นักทดลองเตรียมคู่ของควอนตัมบิตที่พันกันมากที่สุดหรือคิวบิตที่เรียกว่า A และ C บวกกับควิบิตเพิ่มเติมอีกหนึ่งตัวเป็นโพรบ เป้าหมายคือการวัดความแรงของการโต้ตอบที่ไม่รู้จักโดยใช้โพรบ ในตอนแรก ผู้ทดลองไม่ทราบถึงสถานะอินพุตที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ A ในขั้นตอนแรก โพรบและคิวบิต A จะโต้ตอบกัน ข้อมูลเกี่ยวกับพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จักของการโต้ตอบจะถูกเข้ารหัสในสถานะของโพรบ อย่างไรก็ตาม ในขั้นตอนกลาง นักทดลองจะวัดสถานะของคิวบิต A การวัดนี้จะเปิดเผยข้อมูลเกี่ยวกับสถานะที่เหมาะสมที่สุดที่ยังไม่ทราบแน่ชัด

จากนั้น ผู้ทดลองจะใช้ข้อมูลนี้เพื่อเตรียมคิวบิตเสริม D ในสถานะที่เหมาะสมที่สุด จากนั้น พวกเขาจะวัดสถานะข้อต่อของคิวบิต C และ D หากสถานะข้อต่อนี้ไม่ตรงกับสถานะข้อต่อเริ่มต้นของ A และ C การวัดจะถูกยกเลิกจากการวิเคราะห์ วิธีนี้จะเลือกอินสแตนซ์ที่สถานะ D ที่เตรียมไว้อย่างเหมาะสมเทเลพอร์ตไปยังสถานะดั้งเดิมของคิวบิต A อย่างมีประสิทธิภาพ การเทเลพอร์ตหมายความว่าเมื่อนักทดลองทำการวัดโพรบ พวกเขาบันทึกข้อมูลที่ได้รับอย่างเหมาะสมที่สุด แม้ว่าในตอนแรกพวกเขาไม่ได้เตรียมโพรบในสถานะที่เหมาะสมที่สุดก็ตาม .

ในระหว่างการทดลอง ผู้ทดลองจะละทิ้งการวัดที่ไม่ตรงกันจำนวนมาก นั่นอาจดูมีราคาแพง อย่างไรก็ตาม การวัดที่นักทดลองเก็บไว้ ซึ่งเป็นการวัดที่การเคลื่อนย้ายมวลสารสำเร็จ จะได้รับข้อมูลสูงต่อการสอบสวน โดยรวมแล้ว ข้อมูลที่ได้รับจากการสอบสวนที่เหมาะสมที่สุดสองสามรายการมีมากกว่าการสูญเสียเมื่อนำมารวมกับการทดลองหลายครั้ง

การเดินทางข้ามเวลาเป็นไปได้ทางกายภาพหรือไม่นั้นยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ อย่างไรก็ตาม นักทดลองสามารถใช้กลศาสตร์ควอนตัมและจำลองการเดินทางข้ามเวลาในห้องปฏิบัติการเพื่อทำการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น ดังที่ Arvidsson-Shukur, McConnell และ Yunger Halpern สรุปไว้ในรายงานของพวกเขาว่า “แม้ว่าการจำลอง [การเดินทางข้ามเวลา] จะไม่อนุญาตให้คุณย้อนกลับไปและแก้ไขอดีตของคุณ แต่มันช่วยให้คุณสร้างวันพรุ่งนี้ที่ดีกว่าด้วยการแก้ไขปัญหาของเมื่อวานในวันนี้”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์