Повернення в минуле. Якими є перші можливості для цього?
Девід Арвідссон-Шукур (David Arvidsson-Shukur) з Кембриджської лабораторії Hitachi, Великобританія; Ейдан Макконнелл з Кембриджського університету, Великобританія; Ніколь Юнгер Халперн з Національного інституту стандартів і технологій США (NIST) і Університету штату Меріленд пропонують систему, в якій експериментатор відправляє інформацію в минуле, щоб заднім числом — по суті — змінити свої дії таким чином, щоб отримати оптимальні вимірювання.
У той час як реальні подорожі в часі назад є гіпотетичними, квантово-механічні версії були запропоновані та змодельовані експериментально. Ключовим компонентом цих симуляцій є телепортація, при якій стан з проміжного етапу експерименту фактично відправляється назад до початку.
Для того, щоб це стало можливим, частки мають бути заплутані. Іншими словами, вони повинні мати спільний тип квантової заплутаності, який виникає між двома (або більше) частинками таким чином, що стан однієї не може бути визначений незалежно від іншої (інших).
Наприклад, якщо дві фотонні частинки заплутані в такому стані, що одна має поляризацію «вгору», а інша «вниз», то вимірювання поляризації одного фотона миттєво визначить поляризацію другого — навіть якщо вони знаходяться на різних кінцях Всесвіту!
У новій роботі Арвідссон-Шукур, Макконнелл і Юнгер Халперн роблять саме це, досліджуючи, які переваги може мати моделювання подорожей у зворотному часі для квантової метрології — галузі фізики, яка використовує квантову механіку для проведення високоточних вимірювань.
Типова задача квантової метрології пов'язана з оцінкою деякого невідомого параметра системи або процесу за допомогою квантово-механічних зондів. Після того, як зонди будуть підготовлені та змушені взаємодіяти з системою, спосіб перетворення стану зондів закодує інформацію про невідомий параметр. Мета полягає в тому, щоб вивчити якомога більше інформації за один зонд.
У цьому може допомогти постселективне вимірювання. У цьому процесі експериментатор проводить вимірювання, а потім, залежно від результату, вирішує включити або виключити з аналізу ті чи інші експериментальні результати. При цьому концентрується інформація, отримана на кожен зонд.
Чи можлива подорож у часі фізично чи ні, досі сперечаються:
- Випадковий характер квантових вимірювань означає, що ми не можемо контролювати результат вимірювання на одній частинці, щоб передати сигнал іншій.
- Щоб дізнатися про зміну стану другої частинки, нам потрібно скористатися класичним каналом зв'язку.
Це означає, що квантова заплутаність не порушує причинність (неможливість відправити інформацію у минуле).
Однак експериментатори можуть використовувати квантову механіку та моделювати подорожі в часі в лабораторії для проведення більш точних вимірювань. Як роблять висновок Арвідссон-Шукур, Макконнелл і Юнгер Халперн у своїй статті: «Хоча симуляції [подорожей у часі] не дозволяють вам повернутися назад і змінити своє минуле, вони дозволяють вам створити краще майбутнє, вирішуючи вчорашні проблеми сьогодні».
