Путешествия во времени, долгое время остававшиеся прерогативой научной фантастики, теоретически возможны при определённых условиях. К ним относятся путешествия на околосветовых скоростях и нахождение вблизи объектов с мощнейшей гравитацией. Новое исследование показывает, что благодаря квантовой физике манипуляции со временем могут выйти за рамки теории и найти практическое применение.
Теория относительности Эйнштейна доказала тесную связь времени и пространства, показав, что с увеличением скорости объекта время для него замедляется. Этот феномен, называемый замедлением времени, был экспериментально подтверждён при сравнении показаний разнесённых в пространстве часов.
Технически, даже когда мы просто идём по улице, наши ноги движутся во времени чуть медленнее головы – ведь они ближе к гравитационному полю Земли. Однако эта разница настолько мала, что мы её не замечаем, а подобные причуды пространства-времени не имеют практического значения.
Однако недавнее исследование команды Вашингтонского университета в Сент-Луисе совместно с NIST (Национальный институт стандартов и технологий) и Кембриджским университетом показало, что новый тип квантового сенсора, использующий явление квантовой запутанности, может привести к созданию реальных детекторов, способных “путешествовать во времени”.
Прорывное открытие предполагает, что учёные скоро смогут получать данные из прошлого.
Загадочный мир квантовой метрологии
В своей работе команда описывает эксперименты с двухкубитным сверхпроводящим квантовым процессором. Измерения продемонстрировали квантовое преимущество, превосходящее все стратегии, не использующие явление квантовой запутанности.
Результаты исследования открывают возможность получения данных из прошлого благодаря уникальным свойствам того, что Эйнштейн называл “жутким действием на расстоянии”. То, что невозможно в нашем макромире, оказывается доступным в квантовом мире. Ключевую роль в этом открытии играет свойство запутанных квантовых сенсоров, называемое “взглядом в прошлое”.
Кейтер Мерч, профессор физики и директор Центра квантовых скачков Вашингтонского университета, сравнивает исследования команды с отправкой телескопа в прошлое, чтобы тот запечатлел падение звезды.
От кубитов к синглетам
В ходе исследования команда разработала процесс, в котором две квантовые частицы запутывались в синглетном состоянии, образуя пару кубитов с противоположно направленными спинами, независимо от системы отсчета.
Один из кубитов, называемый “зондом”, помещался в магнитное поле, вызывающее вращение его спина. В это время измерялся спин второго кубита (вспомогательного), не подвергавшегося воздействию поля. И тут проявляется ключевой аспект открытия: запутанность кубитов позволяет квантовому состоянию вспомогательного кубита влиять на кубит-зонд, находящийся в магнитном поле.
Удивительный результат заключается в том, что кубит-зонд испытывает ретроактивное влияние – информация как будто передаётся “назад во времени”. Учёные фактически могут использовать этот “взгляд в прошлое”, чтобы определить оптимальное направление спина зонда постфактум, как если бы они наблюдали за ним из будущего, но управляли его поведением в прошлом. Это позволяет повысить точность измерений.
Квантовые сенсоры-хрононавты в реальной жизни?
В обычных условиях измерение вращения спина кубита для определения величины магнитного поля имело бы примерно одну треть шанса на неудачу, поскольку выравнивание поля с направлением спина сводит результаты на нет.
В отличие от этого, свойство “взгляда в прошлое” позволило команде ретроактивно установить наилучшее направление спина. В этих условиях запутанные частицы фактически действуют как единое целое, существующее одновременно в прямом и обратном направлении времени.
Это открывает невероятные перспективы для создания продвинутых квантовых сенсоров, способных проводить измерения, манипулируя временем. Последствия появления такой технологии трудно переоценить. Она может привести к созданию принципиально новых сенсорных технологий – от детекторов редких астрономических явлений до устройств, позволяющих детально изучать и контролировать поведение магнитных полей.
Новое исследование Мерча и его соавторов под скромным названием “Агностическое оценивание фазы”, опубликованное в Physical Review Letters, знаменует собой важный шаг к воплощению путешествий во времени из научной фантастики в реальность, открывая беспрецедентные возможности и позволяя глубже проникнуть в тайны природы.
Читайте также: Путешествие во времени возможно, но это билет в один конец
