Симуляції подорожей у часі повертають квантову метрологію в майбутнє – світ фізики

<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="Де мій DeLorean? Подорож у часі назад все ще залишається у сфері наукової фантастики, але маніпулювання квантовою заплутаністю дозволяє вченим планувати експерименти, які її моделюють. (З дозволу: Shutterstock/FlashMovie)”>

Чи хотіли ви коли-небудь повернутися в минуле і змінити свої рішення? Якби лише сьогоднішні знання могли подорожувати з нами назад у часі, ми могли б змінити наші дії на нашу користь. Наразі такі подорожі в часі є вигадкою, але тріо дослідників показали, що, маніпулюючи квантовою заплутаністю, можна принаймні розробити експерименти, які її імітують.

Введення в Physical Review Letters,, Девід Арвідссон-Шукур лабораторії Hitachi Cambridge, Великобританія; Ейдан Макконнелл Кембриджського університету, Великобританія; і Ніколь Юнгер Гальперн Національного інституту стандартів і технологій США (NIST) і Університету Меріленда пропонують установку, за якою експериментатор надсилає інформацію назад у часі, щоб заднім числом – фактично – змінити свої дії таким чином, щоб отримати оптимальні вимірювання. Інтригуюче те, що тріо показує, що така симуляція подорожі в часі в заплутаних системах може сприяти фізичним перевагам, яких було б неможливо досягти в суто класичних системах.

Наука про квантові вимірювання

Хоча реальна подорож у часі назад є гіпотетичною, квантово-механічні версії були запропоновані та змодельований експериментально. Важливим компонентом цього моделювання є телепортація, коли стан із проміжного етапу експерименту фактично повертається на початок. Щоб це стало можливим, держави повинні бути переплутані. Іншими словами, вони повинні мати спільний тип квантової зв’язності, яка виникає між двома (чи більше) частинками, так що стан однієї не може бути визначений незалежно від іншої (інших).

Оскільки ці симуляції подорожей у часі спираються на квантову механіку, вони дозволяють дослідникам поставити суттєві запитання про природу та переваги квантових систем, якщо вони є. У новій роботі Арвідссон-Шукур, МакКоннелл і Юнгер Халперн роблять саме це, досліджуючи, які переваги може мати моделювання подорожей у часі назад. квантова метрологія – галузь фізики, яка використовує квантову механіку для здійснення високоточних вимірювань.

Типова задача квантової метрології пов’язана з оцінкою деякого невідомого параметра системи або процесу за допомогою квантово-механічних зондів. Коли зонди підготовлені та створені для взаємодії з системою, спосіб перетворення стану зондів кодуватиме інформацію про невідомий параметр. Мета полягає в тому, щоб дізнатися якомога більше інформації за зонд.

У цьому може допомогти постселективне вимірювання. У цьому процесі експериментатор проводить вимірювання, а потім, залежно від результату, вирішує включити або виключити певні експериментальні результати з аналізу. Це концентрує інформацію, отриману за зондом.

Раніше Арвідссон-Шукур, Юнгер Гальперн та їхні співробітники продемонстрований що в квантовій системі вибір оптимального стану вхідного зонда може дозволити експериментатору отримати більше інформації за зонд, ніж це можливо класично. Однак зазвичай експериментатор дізнається, який вхідний стан був би оптимальним лише після того, як відбувається взаємодія. У сценарії без подорожей у часі це не годиться.

Перевага симуляції подорожі в часі

Однак якщо експериментатор телепортує оптимальний вхідний стан назад у часі за допомогою маніпуляції заплутаністю, тріо показує, що це може дати нові операційні переваги. У своїй пропозиції експериментатор готує пару максимально заплутаних квантових бітів або кубітів, які називаються A і C, а також додатковий кубіт як зонд. Мета полягає в тому, щоб виміряти силу невідомої взаємодії за допомогою зонда. Спочатку експериментатор не знає оптимального вхідного стану для A. На першому кроці зонд і кубіт A взаємодіють. Інформація про невідомий параметр взаємодії закодована в стані зонда. Однак на проміжному етапі експериментатор вимірює стан кубіта A. Це вимірювання відкриває інформацію про поки що невідомий оптимальний стан.

Далі експериментатор використовує цю інформацію, щоб підготувати допоміжний кубіт D у цьому оптимальному стані. Потім вони вимірюють спільний стан кубітів C і D. Якщо цей спільний стан не збігається з початковим спільним станом A і C, вимірювання виключається з аналізу. Це фактично виділяє випадки, коли оптимально підготовлений стан D телепортується в початковий стан кубіта A. Телепортація передбачає, що коли експериментатор вимірює зонд, він записує оптимальний приріст інформації, навіть якщо спочатку не підготував зонд в оптимальний стан .

Стімпанк-довідник з квантової фізики

Під час експерименту експериментатор відкидав багато невідповідних вимірювань. Це може здатися дорогим. Однак вимірювання, які проводить експериментатор – ті, де телепортація є успішною – мають високий інформаційний приріст на зонд. Загалом, інформація, отримана від кількох оптимальних зондів, переважує втрати, якщо підсумувати її в кількох випробуваннях.

Про те, чи фізично можливі подорожі в часі чи ні, досі сперечаються. Однак експериментатори можуть використовувати квантову механіку та симулювати подорож у часі в лабораторії, щоб виконувати більш точні вимірювання. Як підсумовують Арвідссон-Шукур, Макконнелл і Юнгер Халперн у своїй статті: «Хоча симуляції [подорожі в часі] не дозволяють вам повернутися назад і змінити своє минуле, вони дозволяють створити краще завтра, вирішуючи вчорашні проблеми сьогодні».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/simulations-of-time-travel-send-quantum-metrology-back-to-the-future/