Cambridge nutzt Zeitreisesimulationen, um „unmögliche“ Probleme zu lösen.

Physiker haben gezeigt, dass simulierte Modelle virtueller Zeitreisen experimentelle Probleme lösen können, die mit der Standardphysik scheinbar unmöglich zu lösen sind.

Wenn Spieler, Investoren und quantitative Experimentatoren den Pfeil der Zeit biegen könnten, wäre ihr Vorteil viel größer und würde zu viel besseren Ergebnissen führen.

Forscher der Universität Cambridge haben gezeigt, dass sie durch Manipulation der Verschränkung – ein Merkmal der Quantentheorie, das Teilchen intrinsisch verbindet – simulieren können, was passieren würde, wenn man in die Zeit zurückreisen könnte. So können Spieler, Investoren und quantitative Experimentatoren in manchen Fällen ihre früheren Handlungen rückwirkend ändern und ihre Ergebnisse in der Gegenwart verbessern.

Simulationen und Zeitschleifen

Ob Teilchen in der Zeit rückwärts reisen können, ist unter Physikern ein kontroverses Thema, obwohl Wissenschaftler dies getan haben vorher Simulationen, wie sich diese Raum-Zeit-Schleifen verhalten würden, wenn sie tatsächlich existieren würden. Durch die Verknüpfung ihrer neuen Theorie mit der Quantenmetrologie, die die Quantentheorie für äußerst empfindliche Messungen nutzt, hat das Cambridge-Team gezeigt, dass Verschränkung scheinbar unmögliche Probleme lösen kann. Die Studie wurde am 12. Oktober in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung.

„Stellen Sie sich vor, Sie möchten jemandem ein Geschenk schicken: Sie müssen es am ersten Tag verschicken, um sicherzustellen, dass es am dritten Tag ankommt“, sagte Hauptautor David Arvidsson-Shukur vom Hitachi-Labor in Cambridge. „Allerdings erhalten Sie die Wunschliste dieser Person erst am zweiten Tag. Daher ist es in diesem chronologischen Szenario für Sie unmöglich, im Voraus zu wissen, was sie sich als Geschenk wünscht, und sicherzustellen, dass Sie das richtige Geschenk versenden.“

„Stellen Sie sich nun vor, Sie könnten das, was Sie am ersten Tag versenden, mit Informationen aus der Wunschliste, die Sie am zweiten Tag erhalten haben, ändern. Unsere Simulation verwendet Quantenverschränkungsmanipulation, um zu zeigen, wie Sie Ihre früheren Aktionen rückwirkend ändern können, um sicherzustellen, dass das Endergebnis Ihren Vorstellungen entspricht.“ wollen.

Quantenverschränkung verstehen

Die Simulation basiert auf der Quantenverschränkung, die aus starken Verbindungen besteht, die Quantenteilchen teilen können, während klassische Teilchen – solche, die der alltäglichen Physik unterliegen – nicht bestehen können.

Die Besonderheit der Quantenphysik besteht darin, dass zwei Teilchen, wenn sie nahe genug beieinander sind, um miteinander zu interagieren, auch dann verbunden bleiben können, wenn sie getrennt sind. Das ist die Basis Quantitative Statistik Nutzung von Kontinuumsteilchen zur Durchführung von Berechnungen, die für klassische Computer zu komplex sind.

„In unserem Vorschlag verschränkt ein experimenteller Wissenschaftler zwei Teilchen“, sagte Co-Autorin Nicole Younger Halpern, Forscherin am National Institute of Standards and Technology (NIST) und der University of Maryland. „Das erste Teilchen wird dann zur Verwendung im Experiment ausgesandt. Nachdem der Experimentator neue Informationen erhalten hat, manipuliert er das zweite Teilchen, um den vorherigen Zustand des ersten Teilchens effektiv zu ändern und so das Ergebnis des Experiments zu verändern.“

„Der Effekt ist großartig, aber es passiert nur einmal von vier Mal!“ sagte Arvidsson-Shukur. Mit anderen Worten: Die Wahrscheinlichkeit eines Scheiterns der Simulation beträgt 75 %. Aber die gute Nachricht ist, dass Sie wissen, ob Sie versagt haben. Wenn wir bei unserer Geschenk-Analogie bleiben, wird das Geschenk in einem von vier Fällen das sein, was Sie haben möchten (z. B. eine Hose), und ein anderes Mal wird es eine Hose sein, aber in der falschen Größe oder in der falschen Farbe. oder es wird eine Jacke sein.“

Praktische Anwendungen und Grenzen

Um ihrem Modell technische Relevanz zu verleihen, verknüpften die Theoretiker es mit der Wissenschaft der quantitativen Messung. In einem üblichen Quantifizierungsexperiment werden Photonen – kleine Lichtteilchen – auf eine interessierende Probe gerichtet und dann mit einer speziellen Kamera aufgezeichnet. Damit dieses Experiment effektiv ist, müssen die Photonen auf eine bestimmte Weise vorbereitet werden, bevor sie die Probe erreichen. Die Forscher haben gezeigt, dass sie, selbst wenn sie erst lernen, Photonen besser vorzubereiten, nachdem die Photonen die Probe erreicht haben, Zeitreisesimulationen verwenden können, um die ursprünglichen Photonen rückwirkend zu verändern.

Um der hohen Ausfallwahrscheinlichkeit zu begegnen, schlagen Theoretiker vor, eine große Anzahl verschränkter Photonen zu senden, in dem Wissen, dass einige von ihnen letztendlich die richtigen und aktualisierten Informationen enthalten werden. Anschließend verwenden sie einen Filter, um sicherzustellen, dass die richtigen Photonen in die Kamera gelangen, während der Filter den Rest der „schlechten“ Photonen zurückweist.

„Denken Sie an unsere frühere Analogie zu Geschenken“, sagte Co-Autor Aidan McConnell, der diese Forschung während seines Masterstudiums am Cavendish Laboratory in Cambridge durchführte und jetzt Doktorand an der ETH Zürich ist. „Angenommen, das Versenden von Geschenken ist kostengünstig und wir können am ersten Tag mehrere Pakete verschicken. Am zweiten Tag wissen wir, welches Geschenk wir hätten verschicken sollen. Wenn die Pakete am dritten Tag ankommen, wird es eines von vier Geschenken sein.“ „Die Sendungen sind richtig und wir wählen sie aus.“ Indem wir dem Empfänger mitteilen, welche Sendungen entsorgt werden müssen.

„Dass wir einen Kandidaten einsetzen mussten, um unseren Prozess erfolgreich zu machen, ist eigentlich sehr beruhigend“, sagte Arvidsson-Shukur. „Die Welt wäre sehr seltsam, wenn Zeitreisesimulationen jedes Mal funktionieren würden. Die Relativitätstheorie und alle Theorien, auf denen wir unser Verständnis unseres Universums basieren, wären aus dem Fenster.“

„Wir schlagen keine Zeitreisemaschine vor, sondern vielmehr einen tiefen Einblick in die Grundlagen der Quantenmechanik. Diese Simulation ermöglicht es Ihnen nicht, zurückzugehen und Ihre Vergangenheit zu ändern, aber sie ermöglicht es Ihnen, ein besseres Morgen zu schaffen, indem Sie die Probleme von gestern heute lösen.“ .“

Referenz: „Nichtklassisches Merkmal in der Metrologie, erzeugt durch Quantensimulation geschlossener virtueller Kurven“ von David R. M. Arvidsson-Shukur, Aidan G. McConnell und Nicole Yunger Halpern, 12. Oktober 2023, Briefe zur körperlichen Untersuchung.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.150202

Diese Arbeit wurde von der American Sweden Foundation, der Lars Herta Memorial Foundation, dem Girton College und dem Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), Teil von UK Research and Innovation (UKRI), unterstützt.