PRL: Симуляции путешествий в прошлое помогут решать научные задачи

Физики показали, что моделирование гипотетических путешествий во времени позволяет решать экспериментальные задачи, которые, казалось бы, невозможно решить с помощью стандартной физики.

Если бы азартные игроки, инвесторы и квантовые экспериментаторы могли отклонять стрелу времени, то их преимущество было бы значительно выше, что привело бы к значительно лучшим результатам.

Исследователи из Кембриджского университета показали, что, манипулируя запутанностью — свойством квантовой теории, при котором частицы оказываются неразрывно связанными друг с другом, — они могут смоделировать, что может произойти, если человек будет путешествовать назад во времени. Таким образом, азартные игроки, инвесторы и квантовые экспериментаторы могут в некоторых случаях задним числом изменить свои действия в прошлом и улучшить результаты в настоящем.

Вопрос о том, могут ли частицы путешествовать назад во времени, является спорным среди физиков, хотя ранее ученые уже моделировали поведение таких пространственно-временных петель, если бы они существовали. Связав свою новую теорию с квантовой метрологией, которая использует квантовую теорию для проведения высокочувствительных измерений, команда из Кембриджа показала, что запутанность может решать задачи, которые в противном случае кажутся невозможными.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Представьте себе, что вы хотите послать кому-то подарок: вам нужно отправить его в первый день, чтобы он был доставлен на третий день, — говорит ведущий автор Дэвид Арвидссон-Шукур (David Arvidsson-Shukur) из Кембриджской лаборатории Hitachi.

Однако вы получаете список желаний этого человека только на второй день. Таким образом, в этом сценарии с учетом хронологии невозможно заранее узнать, что он захочет получить в подарок, и быть уверенным в том, что вы отправите именно то, что нужно.

«Теперь представьте, что вы можете изменить то, что вы посылаете в первый день, с помощью информации из списка пожеланий, полученного во второй день. Наше моделирование использует манипуляцию квантовой запутанностью, чтобы показать, как можно задним числом изменить свои предыдущие действия, чтобы окончательный результат был таким, как вы хотите».

В основе моделирования лежит квантовая запутанность, которая представляет собой сильные корреляции, которые могут разделять квантовые частицы и не могут классические частицы — те, которыми управляет обычная физика.

Особенность квантовой физики заключается в том, что если две частицы находятся достаточно близко друг к другу, чтобы взаимодействовать, они могут оставаться связанными даже будучи разделенными. На этом основаны квантовые вычисления — использование связанных частиц для выполнения вычислений, слишком сложных для классических компьютеров.

В нашем проекте экспериментатор запутывает две частицы, — говорит соавтор исследования Николь Юнгер Халперн, исследователь из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета Мэриленда.

Затем первая частица отправляется для использования в эксперименте. Получив новую информацию, экспериментатор манипулирует второй частицей, эффективно изменяя прошлое состояние первой частицы, что приводит к изменению результатов эксперимента.

«Эффект поразительный, но он происходит только один раз из четырех!» — сказал Арвидссон-Шукур. „Другими словами, вероятность неудачи при моделировании составляет 75%. Но хорошая новость заключается в том, что вы знаете, если вы потерпели неудачу“. Если продолжить аналогию с подарком, то в одном случае из четырех подарок будет желанным (например, пара брюк), в другом — брюки будут не того размера или не того цвета, или же это будет пиджак».

Чтобы придать своей модели актуальность для технологий, теоретики связали ее с квантовой метрологией. В обычном эксперименте по квантовой метрологии фотоны — мелкие частицы света — светят на интересующий образец и затем регистрируются специальным типом камеры. Для того чтобы этот эксперимент был эффективным, фотоны должны быть определенным образом подготовлены до того, как они попадут на образец. Исследователи показали, что даже если они узнают, как лучше подготовить фотоны, только после того, как фотоны достигнут образца, они могут использовать моделирование путешествия во времени для ретроактивного изменения исходных фотонов.

Для борьбы с высокой вероятностью неудачи теоретики предлагают посылать огромное количество запутанных фотонов, зная, что некоторые из них в конечном итоге будут нести правильную, обновленную информацию. Затем с помощью фильтра обеспечить прохождение правильных фотонов в камеру, а остальные «плохие» фотоны отсеять.

Рассмотрим нашу предыдущую аналогию с подарками, — говорит соавтор работы Эйдан Макконнелл, который проводил это исследование во время учебы в магистратуре Кавендишской лаборатории в Кембридже, а сейчас является аспирантом Цюрихского технологического института (ETH).

Допустим, отправка подарков обходится недорого, и в первый день мы можем отправить множество посылок. На второй день мы знаем, какой подарок нам следовало бы отправить. К тому времени, когда посылки приходят на третий день, один из каждых четырех подарков будет правильным, и мы отбираем их, сообщая получателю, какие посылки следует выбросить.

«То, что нам необходимо использовать фильтр для того, чтобы наш эксперимент работал, на самом деле весьма обнадеживает», — говорит Арвидссон-Шукур. „Мир был бы очень странным, если бы наша симуляция путешествий во времени срабатывала каждый раз. Относительность и все теории, на которых мы строим свое понимание Вселенной, оказались бы за бортом“.

«Мы предлагаем не машину для путешествий во времени, а глубокое погружение в основы квантовой механики. Эти симуляции не позволяют вернуться назад и изменить свое прошлое, но они позволяют создать лучшее завтра, устраняя вчерашние проблемы сегодня».

15.10.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред