Ученые смоделировали квантовое путешествие в прошлое: Может ли эта технология лечь в основу машины времени?

Группа физиков из Кембриджского университета провела любопытные опыты по моделированию путешествия в прошлое.

Их новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, показало, что, манипулируя запутанностью — особенностью квантовой теории, из-за которой частицы оказываются неразрывно связанными — можно смоделировать то, что могло бы произойти, если бы можно было путешествовать назад во времени. Если бы подобные путешествия стали возможны в реальном времени, инвесторы, квантовые экспериментаторы и многие другие могли бы в некоторых случаях изменять свои прошлые действия и улучшать свою ситуацию в настоящем.

Могут ли частицы путешествовать назад во времени — один из наиболее спорных вопросов среди физиков, хотя учёные ранее создавали симуляционные модели того, как такие пространственно-временные петли могли бы вести себя, если бы они действительно существовали. Соединив свою новую теорию с квантовой метрологией, которая использует квантовую теорию для проведения высокочувствительных измерений, команда ученых из Кембриджа показала, что квантовая запутанность может решить проблемы, которые в противном случае кажутся нерешаемыми.

«Представьте, что вы хотите послать кому-то подарок: вам нужно отправить его в первый день, чтобы быть уверенным, что он будет доставлен на третий день, — объяснил ведущий автор исследования Дэвид Арвидссон-Шукур из Hitachi Cambridge Laboratory. — Однако вы получите список пожеланий этого человека только на второй день. Таким образом, в этом сценарии с соблюдением хронологии вы не можете заранее знать, что этот человек захочет в подарок, чтобы отправить ему что нужно.

А теперь представьте, что вы можете изменить то, что отправили в первый день, с помощью информации из списка желаний, полученного на второй день. В нашей симуляции используются манипуляции с квантовой запутанностью, чтобы показать, как можно задним числом изменить свои предыдущие действия, чтобы гарантировать, что конечный результат будет именно тем, который вы хотите».

Моделирование основано на квантовой запутанности, которая состоит из сильных корреляций, которые квантовые частицы могут разделять, а классические частицы, подчиняющиеся «повседневной» физике, — нет.

Особенность квантовой физики состоит в том, что если две частицы находятся достаточно близко друг к другу, чтобы взаимодействовать, они могут оставаться связанными, даже когда их разделяют. Это основа квантовых вычислений — использование связанных частиц для выполнения вычислений, слишком сложных для классических компьютеров.

«В нашем предложении экспериментатор запутывает две частицы, — сказала соавтор Николь Юнгер Халперн, исследователь из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета Мэриленда. — Затем первую частицу отправляют для использования в эксперименте. Получив новую информацию, экспериментатор манипулирует второй частицей, чтобы эффективно изменить прошлое состояние первой частицы, меняя результат эксперимента».

Результаты, по словам ученых, очень интересные, но достичь их удается лишь в одном случае из четырех. Иными словами, вероятность провала моделирования составляет 75%.

«Но хорошая новость в том, что вы знаете, потерпели ли вы неудачу, — сказал Арвидссон-Шукур. — Если мы продолжим нашу аналогию с подарком, то в одном из четырех случаев подарком будет желаемый подарок (например, пара брюк), в другой раз это будут брюки, но не того размера или не того цвета, или это будет куртка».

Теоретики связали свою модель с квантовой метрологией. В обычном эксперименте по квантовой метрологии фотоны — маленькие частицы света — освещают интересующий образец, а затем регистрируются камерой специального типа. Чтобы этот эксперимент был эффективным, фотоны должны быть определенным образом подготовлены, прежде чем они достигнут образца. Исследователи показали, что даже если они научатся лучше всего готовить фотоны только после того, как фотоны достигнут образца, они смогут использовать моделирование путешествий во времени, чтобы задним числом изменить исходные фотоны.

А чтобы противодействовать высокой вероятности неудачи, теоретики предлагают использовать огромное количество запутанных фотонов, зная, что некоторые из них в конечном итоге будут нести правильную, обновленную информацию. Затем можно будет использовать фильтр, чтобы гарантировать, что правильные фотоны попадут в камеру, а остальные «плохие» фотоны фильтр отклонит.

«Вспомните нашу предыдущую аналогию с подарками, — сказал соавтор Эйдан МакКоннелл. Представим, что доставка подарков обходится недорого, и мы можем отправить множество посылок в первый же день. На второй день мы узнаем, какой подарок нам следовало послать. К тому времени, когда посылки прибудут на третий день, один из каждых четырех подарков будет правильным, и мы выбираем их, сообщая получателю, какие посылки следует выбросить».

«То, что нам нужно использовать фильтр, чтобы наш эксперимент сработал, на самом деле очень обнадеживает, — сказал Арвидссон-Шукур. — Мир был бы очень странным, если бы наша симуляция путешествий во времени работала каждый раз. Теория относительности и все теории, на которых мы строим наше понимание нашей Вселенной, потеряли бы актуальность».

«Мы предлагаем не машину для путешествий во времени, а скорее глубокое погружение в основы квантовой механики. Эти симуляции не позволяют вам вернуться назад и изменить свое прошлое, но они позволяют вам создать лучшее будущее, решая вчерашние проблемы сегодня», — добавил он.