Kuantum Fizikçileri Zamanı Nasıl Ters Çevirdiler (ve Nasıl Çevirmediler)

Fizikçiler, tıpkı bir insanın kurtadama dönüşmesi gibi, kurtadamın insana dönüşmesi gibi, ışık parçacıklarını aynı anda zıt dönüşümler geçirmeye ikna ettiler. Özenle tasarlanmış devrelerde, fotonlar sanki zaman ileri ve gerinin kuantum bileşiminde akıyormuş gibi hareket ederler.

"İlk kez, her iki yönde de giden bir zaman yolculuğu makinemiz var" dedi. Sonja Franke-Arnold, İskoçya'daki Glasgow Üniversitesi'nde araştırmaya dahil olmayan bir kuantum fizikçisi.

Bilim kurgu hayranları için ne yazık ki cihazların 1982 DeLorean ile hiçbir ortak yanı yok. Çin ve Avusturya'da iki bağımsız ekip tarafından gerçekleştirilen deneyler boyunca, laboratuvar saatleri istikrarlı bir şekilde ilerlemeye devam etti. Sadece devreden geçen fotonlar zamansal saçmalıklar yaşadı. Ve fotonlar için bile, araştırmacılar zamanın okunun ters çevrilmesinin gerçek mi yoksa simüle mi olduğunu tartışıyorlar.

Her iki durumda da, şaşırtıcı fenomen yeni tür kuantum teknolojisine yol açabilir.

Bristol Üniversitesi'nden bir araştırmacı olan Giulia Rubino, "Bilgilerinizin her iki yönde de akabileceği devreleri tasavvur edebilirsiniz" dedi.

Her Zaman Her Şey Aynı Anda

Fizikçiler, kuantum mekaniğinin garip kurallarının sağduyulu zaman kavramlarını alt üst ettiğini ilk kez on yıl önce fark ettiler.

Kuantum garipliğinin özü şudur: Bir parçacığı aradığınızda, onu her zaman tek, noktasal bir konumda bulursunuz. Ancak bir parçacık ölçülmeden önce daha çok bir dalga gibi davranır; birden çok yola yayılan ve dalgalanan bir "dalga işlevine" sahiptir. Bu belirlenmemiş durumda, bir parçacık olarak bilinen olası konumların bir kuantum karışımında bulunur. üstüne koyma.

In Kağıt 2013 yılında yayınlanan, Giulio Chiribella, şu anda Hong Kong Üniversitesi'nde bir fizikçi ve ortak yazarlar, uzaydaki konumların üst üste binmesinin bir adım ötesine geçerek, olayları zamansal düzenlerin üst üste bindirmesine neden olacak bir devre önerdiler. Dört yıl sonra Rubino ve meslektaşları doğrudan deneysel olarak kanıtlanmış fikir. Bir fotonu iki yoldan üst üste bindirerek gönderdiler: biri A olayını, sonra B olayını deneyimlediği ve diğeri B'yi, sonra A'yı deneyimlediği yer. isminde belirsiz nedensellik.

Zaman ilerlerken sadece olayların sırasını bozmakla yetinmeyen Chiribella ve meslektaşı Zixuan Liu, daha sonra zamanın ilerleyen yönüne veya okuna nişan aldı. Zamanın geçmişten geleceğe aktığı bir süperpozisyona girdiği ve bunun tersinin belirsiz bir zaman oku olduğu bir kuantum aygıtı aradılar.

Bunu yapmak için Chiribella ve Liu, kolu sola veya sağa sallanabilen bir metronom gibi zıt değişimlere uğrayabilen bir sisteme ihtiyaçları olduğunu fark ettiler. Bir müzisyenin bir kuantum metronomunu aynı anda sağa ve sola sallamasına benzer şekilde, böyle bir sistemi üst üste bindirmeyi hayal ettiler. Onlar bir düzeni tarif etti 2020'de böyle bir sistem kurmak için.

Optik sihirbazları hemen laboratuvarda düello yapan zaman okları oluşturmaya başladılar. Geçen sonbaharda iki takım başarı ilan etti.

İki Zamanlı Bir Oyun

Chiribella ve Liu, yalnızca kuantum iki zamanlayıcının başarılı olabileceği bir oyun tasarlamıştı. Oyunu ışıkla oynamak, A ve B olmak üzere iki kristal alet aracılığıyla fotonların ateşlenmesini içerir. Bir aygıtın içinden geçmek, bir fotonun polarizasyonunu aygıtın ayarlarına bağlı bir miktarda döndürür. Aygıttan geriye doğru geçmek, kutuplaşmayı tam tersi yönde döndürür.

Oyunun her turundan önce, bir hakem cihazları gizlice iki yoldan biriyle ayarlar: A'dan ileriye, sonra B'den geriye doğru giden yol, ya bir fotonun dalga fonksiyonunu zamanın tersine çevrilen yola göre kaydırır (A'dan geriye, sonra geriye doğru) B'den ilet), yoksa olmaz. Oyuncu, hakemin hangi seçimi yaptığını bulmalıdır. Oyuncu, aygıtları ve diğer optik öğeleri istediği gibi düzenledikten sonra, labirentten bir foton gönderir, belki de onu yarı gümüş bir ayna kullanarak iki yolun üst üste binmesine böler. Foton iki detektörden birinde son bulur. Oyuncu labirentini yeterince akıllı bir şekilde kurduysa, foton içeren dedektörün tıklaması hakemin seçimini ortaya çıkaracaktır.

Oyuncu devreyi, fotonun her cihazda yalnızca bir yönde hareket edeceği şekilde kurduğunda, A ve B belirsiz bir nedensel sırada olsa bile, dedektörün tıklaması, zamanın en fazla yaklaşık %90'ında gizli cihaz ayarlarıyla eşleşecektir. . Oyuncu, yalnızca foton onu her iki cihaz aracılığıyla ileri ve geri götüren bir süperpozisyon deneyimlediğinde - "kuantum zaman çevirmesi" olarak adlandırılan bir taktik - oyuncu teorik olarak her turu kazanabilir.

Geçen yıl, Çin'in Hefei kentinde Chiribella'nın danışmanlığında bir ekip ve fizikçinin danışmanlığında Viyana'da bir ekip Lavaslav Brukner kuantum zaman çevirmeli devreler kurun. 1 milyondan fazla mermi, Viyana ekibi %99.45 oranında doğru tahmin edildi. Chiribella'nın grubu raundlarının %99.6'sını kazandı. Her iki ekip de teorik %90 sınırını paramparça ederek fotonlarının iki karşıt dönüşümün üst üste binmesini ve dolayısıyla belirsiz bir zaman okunu deneyimlediğini kanıtladı.

Zaman Döndürmeyi Yorumlama

Araştırmacılar kuantum zaman çevirmesini gerçekleştirip adlandırmış olsalar da, yaptıklarını en iyi hangi kelimelerin yakaladığı konusunda tam bir fikir birliği içinde değiller.

Chiribella'nın gözünde, deneyler zamanın okunun ters çevrilmesini simüle etti. Aslında ters çevirmek, uzay-zaman dokusunun, zamanın farklı yönleri gösterdiği iki geometrinin üst üste gelecek şekilde düzenlenmesini gerektirir. "Açıkçası, deney zamanın okunun tersine çevrilmesini uygulamıyor" dedi.

Bu arada Brukner, devrelerin simülasyonun ötesine mütevazı bir adım attığını hissediyor. Fotonların ölçülebilir özelliklerinin, tam olarak iki uzay-zaman geometrisinin gerçek bir süperpozisyonundan geçtiklerinde olacakları gibi değiştiğine dikkat çekiyor. Ve kuantum dünyasında, ölçülebilenin ötesinde bir gerçeklik yoktur. "Devletin kendisinden, simülasyon ile gerçek arasında hiçbir fark yok" dedi.

Devrenin yalnızca polarizasyon değişikliklerine uğrayan fotonları tersine çevirebileceğini kabul ediyor; eğer uzay-zaman gerçekten bir süperpozisyonda olsaydı, düello yapan zaman yönleri her şeyi etkilerdi.

İki Oklu Devreler

Felsefi eğilimleri ne olursa olsun fizikçiler, aynı anda iki yönde akan kuantum devreleri tasarlama yeteneğinin, kuantum hesaplama için yeni cihazlara olanak sağlayabileceğini umuyorlar. iletişim ve metroloji.

"Bu, işlemleri bir sırayla veya başka bir sırayla uygulamaktan daha fazlasını yapmanıza olanak tanır" dedi. Cyril Branciard, Fransa'daki Néel Enstitüsü'nde bir kuantum bilgi teorisyeni.

Bazı araştırmacılar, kuantum zaman çevirmesinin zamanda yolculuk özelliğinin gelecekteki bir kuantum "geri alma" işlevini etkinleştirebileceğini düşünüyor. Diğerleri, aynı anda iki yönde çalışan devrelerin kuantum makinelerinin daha verimli çalışmasına izin verebileceğini tahmin ediyor. Rubino, bazı görevleri gerçekleştirmek için atılan adımların sayısına atıfta bulunarak, "Bunu sözde sorgu karmaşıklığını azaltmak istediğiniz oyunlar için kullanabilirsiniz," dedi.

Bu tür pratik uygulamalar garanti olmaktan uzaktır. Zaman çevirme devreleri, Chiribella ve Liu'nun tahmin oyununda teorik bir performans sınırını aşarken, bu, yalnızca tek yönlü devrelere göre avantajlarını vurgulamak için hayal edilen oldukça yapmacık bir görevdi.

Ancak tuhaf, görünüşte niş kuantum fenomenlerinin yararlı olduğunu kanıtlama becerisi vardır. Tanınmış fizikçi Anton Zeilinger, ayrı parçacıklar arasındaki bir bağlantı olan kuantum dolaşıklığının - hiçbir şey için iyi değildi. Bugün, dolaşıklık düğümleri bir araya getiriyor. yeni ortaya çıkan kuantum ağları ve prototip kuantum bilgisayarlardaki kübitler ve Zeilinger'in fenomen üzerindeki çalışması ona dünya çapında bir pay kazandırdı. 2022 Nobel Fizik Ödülü. Franke-Arnold, kuantum zamanının ters çevrilebilir doğası için "çok erken günler" dedi.