Cambridge gebruikt tijdreissimulaties om ‘onmogelijke’ problemen op te lossen.

Natuurkundigen hebben aangetoond dat gesimuleerde modellen van virtueel tijdreizen experimentele problemen kunnen oplossen die onmogelijk lijken op te lossen met behulp van standaardfysica.

Als gokkers, investeerders en kwantitatieve experimentatoren de pijl van de tijd zouden kunnen buigen, zou hun voordeel veel groter zijn, wat tot veel betere resultaten zou leiden.

Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben aangetoond dat ze door het manipuleren van verstrengeling – een kenmerk van de kwantumtheorie die deeltjes intrinsiek met elkaar verbonden maakt – kunnen simuleren wat er zou gebeuren als je terug in de tijd zou kunnen reizen. Gokkers, investeerders en kwantitatieve experimentatoren kunnen dus in sommige gevallen met terugwerkende kracht hun daden uit het verleden veranderen en hun resultaten in het heden verbeteren.

Simulaties en tijdlussen

Of deeltjes terug in de tijd kunnen reizen is een controversieel onderwerp onder natuurkundigen, hoewel wetenschappers dat ook hebben gedaan eerder Simulaties van hoe deze ruimte-tijdlussen zich zouden gedragen als ze daadwerkelijk zouden bestaan. Door hun nieuwe theorie te koppelen aan de kwantummetrologie, die de kwantumtheorie gebruikt om uiterst gevoelige metingen uit te voeren, heeft het team uit Cambridge aangetoond dat verstrengeling schijnbaar onmogelijke problemen kan oplossen. De studie werd op 12 oktober gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven.

“Stel je voor dat je iemand een cadeau wilt sturen: je moet het op de eerste dag versturen om er zeker van te zijn dat het op de derde dag aankomt”, zegt hoofdauteur David Arvidsson-Shukur van Hitachi’s laboratorium in Cambridge. “Je ontvangt het verlanglijstje van die persoon echter pas op de tweede dag. Daarom is het in dit chronologische scenario voor jou onmogelijk om vooraf te weten wat hij of zij als cadeau wil hebben en ervoor te zorgen dat je het juiste cadeau stuurt.

“Stel je nu voor dat je zou kunnen veranderen wat je op dag één verstuurt met informatie uit de verlanglijst die je op dag twee hebt ontvangen. Onze simulatie maakt gebruik van kwantumverstrengelingsmanipulatie om te laten zien hoe je met terugwerkende kracht je acties uit het verleden kunt veranderen om ervoor te zorgen dat het eindresultaat is wat je verwacht. wil.

Kwantumverstrengeling begrijpen

De simulatie is gebaseerd op kwantumverstrengeling, die bestaat uit sterke verbindingen die kwantumdeeltjes kunnen delen, en die klassieke deeltjes – die beheerst worden door de alledaagse natuurkunde – niet kunnen doen.

De eigenaardigheid van de kwantumfysica is dat als twee deeltjes dicht genoeg bij elkaar zijn om met elkaar te communiceren, ze met elkaar verbonden kunnen blijven, zelfs als ze gescheiden zijn. Dit is de basis Kwantitatieve statistieken Continuümdeeltjes benutten om berekeningen uit te voeren die te complex zijn voor klassieke computers.

“In ons voorstel verstrengelt een experimentele wetenschapper twee deeltjes”, zegt coauteur Nicole Younger Halpern, onderzoeker bij het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de Universiteit van Maryland. “Het eerste deeltje wordt vervolgens uitgezonden voor gebruik in het experiment. Bij het verkrijgen van nieuwe informatie manipuleert de experimentator het tweede deeltje om de vorige toestand van het eerste deeltje effectief te veranderen, waardoor de uitkomst van het experiment verandert.”

“Het effect is geweldig, maar het gebeurt maar één op de vier keer!” zei Arvidsson-Shukur. Met andere woorden: de kans op falen van de simulatie is 75%. Maar het goede nieuws is dat je weet of je gefaald hebt. Als we vasthouden aan onze analogie met geschenken, zal het geschenk één op de vier keer het geschenk zijn dat je wilt (bijvoorbeeld een broek), en een andere keer zal het een broek zijn, maar in de verkeerde maat of in de verkeerde kleur. anders wordt het een jas.”

Praktische toepassingen en beperkingen

Om hun model technische relevantie te geven, koppelden theoretici het aan de wetenschap van kwantitatieve metingen. In een gebruikelijk kwantificatie-experiment worden fotonen (kleine lichtdeeltjes) op een interessant monster geschenen en vervolgens vastgelegd met een speciaal type camera. Om dit experiment effectief te laten zijn, moeten de fotonen op een bepaalde manier worden voorbereid voordat ze het monster bereiken. De onderzoekers hebben aangetoond dat zelfs als ze leren hoe ze fotonen pas beter kunnen voorbereiden nadat de fotonen het monster hebben bereikt, ze tijdreissimulaties kunnen gebruiken om de oorspronkelijke fotonen met terugwerkende kracht te veranderen.

Om de grote kans op falen het hoofd te bieden, stellen theoretici voor om een ​​groot aantal verstrengelde fotonen te sturen, wetende dat sommige daarvan uiteindelijk de juiste en bijgewerkte informatie zullen bevatten. Vervolgens gebruiken ze een filter om ervoor te zorgen dat de juiste fotonen de camera binnenkomen, terwijl het filter de rest van de ‘slechte’ fotonen afstoot.

“Denk eens aan onze eerdere analogie over geschenken”, zegt co-auteur Aidan McConnell, die dit onderzoek uitvoerde tijdens zijn masteropleiding aan het Cavendish Laboratory in Cambridge, en nu een PhD-student is aan de ETH, Zürich. “Stel dat het versturen van cadeaus goedkoop is en we op de eerste dag meerdere pakketjes kunnen versturen. Op de tweede dag weten we welk cadeau we hadden moeten versturen. Tegen de tijd dat de pakjes op de derde dag arriveren, zal één op de vier cadeaus zijn klopt, en wij kiezen ze.” Door de ontvanger te vertellen welke zendingen moeten worden afgevoerd.

“Dat we een kandidaat moesten gebruiken om onze proef succesvol te maken, is eigenlijk heel geruststellend”, zei Arvidsson-Shukur. “De wereld zou heel vreemd zijn als tijdreissimulaties elke keer zouden werken. Relativiteit en alle theorieën waarop we ons begrip van ons universum baseren, zouden uit het raam verdwijnen.”

“We stellen geen tijdreismachine voor, maar eerder een diepe duik in de basisprincipes van de kwantummechanica. Met deze simulatie kun je niet teruggaan en je verleden veranderen, maar kun je wel een betere toekomst creëren door de problemen van gisteren vandaag op te lossen .”

Referentie: “Niet-klassiek kenmerk in metrologie gegenereerd door kwantumsimulatie van virtuele curven in gesloten tijd” door David R. M. Arvidsson-Shukur, Aidan G. McConnell en Nicole Yunger Halpern, 12 oktober 2023, Fysieke beoordelingsbrieven.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.150202

Dit werk werd ondersteund door de American Sweden Foundation, de Lars Herta Memorial Foundation, Girton College en de Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), onderdeel van UK Research and Innovation (UKRI).