时间旅行的模拟将量子计量学带回到未来 – 物理世界

<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="我的德罗宁在哪里？ 向后时间旅行仍然属于科幻小说的范畴，但操纵量子纠缠使科学家能够设计模拟它的实验。 （提供：Shutterstock/FlashMovie）”>

您是否曾经希望能够回到过去并改变您的决定？如果今天的知识能够与我们一起回到过去，我们就可以改变我们的行为以对我们有利。目前，这种时间旅行还只是虚构，但三名研究人员已经证明，通过操纵量子纠缠，人们至少可以设计模拟它的实验。

写入 “物理评论快报”, 大卫·阿维森-舒库尔 英国日立剑桥实验室； 艾丹·麦康奈尔 英国剑桥大学；和 妮可·容格·哈尔彭 美国国家标准与技术研究所 (NIST) 和马里兰大学提出了一种设置，其中实验人员及时发送信息，以追溯（实际上）改变他们的行为，从而产生最佳测量结果。有趣的是，三人组揭示了纠缠系统中的这种模拟时间旅行可以促进物理优势，而这在纯经典系统中是不可能实现的。

量子测量科学

虽然实际的向后时间旅行是假设的，但量子力学版本已经被提出并 实验模拟。这些模拟的一个关键要素是隐形传态，其中实验中间步骤的状态被有效地发送回开始。为了实现这一点，各国必须相互纠缠。换句话说，它们必须共享一种在两个（或多个）粒子之间产生的量子连通性，使得一个粒子的状态不能独立于其他粒子来定义。

由于这些时间旅行的模拟依赖于量子力学，因此研究人员能够就量子系统的性质和优势（如果有的话）提出有意义的问题。在新的工作中，Arvidsson-Shukur、McConnell 和 Yunger Halpern 通过研究向后时间旅行模拟可以为人类带来哪些优势，从而做到了这一点。 量子计量学 – 使用量子力学进行高精度测量的物理学领域。

典型的量子计量问题涉及使用量子力学探针估计系统或过程的一些未知参数。一旦探针准备好并与系统交互，探针的状态转换方式将编码有关未知参数的信息。目标是在每个探测中了解尽可能多的信息。

选择性后测量可以对此有所帮助。在此过程中，实验者进行测量，然后根据结果选择在分析中包含或排除某些实验结果。这集中了每个探测学到的信息。

此前，Arvidsson-Shukur、Yunger Halpern 及其合作者 证明 在量子系统中，选择最佳的输入探针状态可以使实验者在每个探针上获得比传统方法更多的信息。然而，通常实验者只有在交互发生后才知道哪种输入状态是最佳的。在没有时间旅行的场景中，这是不好的。

模拟时空旅行的优点

然而，如果实验者通过纠缠操纵将最佳输入状态传送回过去，三人组表明这可能会产生新的操作优势。在他们的提议中，实验者准备了一对最大纠缠的量子位或量子位，称为 A 和 C，再加上一个额外的量子位作为探针。目标是使用探针测量未知相互作用的强度。最初，实验者不知道 A 的最佳输入状态。第一步，探针和量子位 A 相互作用。有关相互作用的未知参数的信息被编码在探针的状态中。然而，在中间步骤中，实验者测量了量子位 A 的状态。该测量揭示了有关尚未知道的最佳状态的信息。

接下来，实验者使用此信息来准备处于最佳状态的辅助量子位 D。然后，他们测量量子位 C 和 D 的联合状态。如果该联合状态与 A 和 C 的初始联合状态不匹配，则从分析中丢弃测量结果。这有效地挑选出最佳准备状态 D 传送到量子位 A 的原始状态的实例。传送意味着当实验者测量探针时，他们记录了最佳信息增益，即使他们最初没有在最佳状态下准备探针。

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在实验过程中，实验者会丢弃许多不匹配的测量结果。这可能看起来代价高昂。然而，实验者保留的测量结果（隐形传态成功的测量结果）每个探针都具有很高的信息增益。总体而言，通过多次试验相加，从一些最佳探测中获得的信息超过了损失。

时间旅行在物理上是否可行仍然存在争议。然而，实验人员可以利用量子力学并在实验室中模拟时间旅行来执行更精确的测量。正如 Arvidsson-Shukur、McConnell 和 Yunger Halpern 在他们的论文中总结的那样，“虽然[时间旅行]模拟不允许你回到过去并改变你的过去，但它们确实允许你通过今天解决昨天的问题来创造一个更美好的明天。”

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