شبیه‌سازی‌های «بازگشت در زمان» می‌توانند آزمایش‌های علمی را بهبود بخشند

فیزیکدانان نشان داده اند که شبیه سازی مدل های سفر در زمان فرضی می تواند مسائل تجربی را حل کند که حل آنها با استفاده از فیزیک استاندارد غیرممکن به نظر می رسد.

اگر قماربازان، سرمایه‌گذاران و آزمایش‌کنندگان کوانتومی می‌توانستند پیکان زمان را خم کنند، مزیت آنها بسیار بیشتر می‌شد و به نتایج بسیار بهتری منجر می‌شد.

محققان دانشگاه کمبریج نشان داده اند که با دستکاری درهم تنیدگی، یکی از ویژگی های نظریه کوانتومی که باعث می شود ذرات به صورت داخلی متصل شوند – آنها می توانند آنچه را که ممکن است اتفاق بیفتد اگر شخصی بتواند در زمان سفر کند، شبیه سازی کنند. بنابراین قماربازان، سرمایه‌گذاران و آزمایش‌کنندگان کوانتومی می‌توانند در برخی موارد به طور ماسبق اعمال گذشته خود را تغییر دهند و نتایج خود را در زمان حال بهبود بخشند.

اینکه آیا ذرات می توانند در زمان سفر کنند یا نه، موضوعی بحث برانگیز در میان فیزیکدانان است، اگرچه دانشمندان قبلا مدل‌های شبیه‌سازی شده از نحوه رفتار این زنجیره‌های مکانی-زمانی در صورت وجود واقعی. با ربط دادن نظریه جدید خود به مترولوژی کوانتومی که از آن استفاده می کند نظریه کوانتوم برای انجام اندازه گیری های بسیار حساس، تیم کمبریج نشان داد که درهم تنیدگی می تواند مشکلاتی را حل کند که در غیر این صورت غیرممکن به نظر می رسند.

یادگیری ظاهر می شود نامه معاینه فیزیکی.

دیوید آرویدسون-شوکور، نویسنده اصلی آزمایشگاه هیتاچی در کمبریج، می گوید: «تصور کنید که می خواهید برای کسی هدیه ای بفرستید: باید آن را در روز اول بفرستید تا مطمئن شوید که روز سوم می رسد. با این حال، شما فقط لیست آرزوهای آن شخص را در روز دوم دریافت می کنید. بنابراین در این سناریوی آگاه از جدول زمانی، غیرممکن است که از قبل بدانیم آنها چه چیزی را به عنوان هدیه می خواهند و مطمئن شوید که هدیه مناسب را ارسال می کنید.”

اکنون تصور کنید که بتوانید آنچه را که در روز اول ارسال می‌کنید با اطلاعات لیست آرزوهای دریافتی در روز دوم تغییر دهید. شبیه سازی از دستکاری درهم تنیدگی کوانتومی استفاده می‌کند تا نشان دهد چگونه می‌توانید اقدامات قبلی خود را به‌طور عطف به ماسبق تغییر دهید تا مطمئن شوید که نتیجه نهایی همان چیزی است که می‌خواهید.”

شبیه سازی بر اساس درهمتنیدگی کوانتومیکه از همبستگی های قوی تشکیل شده است که ذرات کوانتومی می توانند با ذرات کلاسیک – آنهایی که توسط فیزیک روزمره اداره می شوند – به اشتراک بگذارند.

ویژگی فیزیک کوانتومی این است که اگر دو ذره به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک باشند تا بتوانند برهم کنش داشته باشند، حتی زمانی که از هم جدا شوند، می توانند به هم متصل بمانند. این اساس محاسبات کوانتومی است – استفاده از ذرات درهم تنیده برای انجام محاسبات بسیار پیچیده برای کامپیوترهای کلاسیک.

نیکول یونگر هالپرن، محقق مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و دانشگاه مریلند، می‌گوید: «در پیشنهاد ما، آزمایشگر دو ذره را در هم می‌پیچد. “سپس اولین ذره برای استفاده در یک آزمایش فرستاده می شود. با دریافت اطلاعات جدید، آزمایشگر ذره دوم را دستکاری می کند تا به طور موثر حالت گذشته ذره اول را تغییر دهد و نتیجه آزمایش را تغییر دهد.”

Arvidsson-Shukkur گفت: “اثر قابل توجه است، اما از هر چهار بار فقط یک بار اتفاق می افتد.” به عبارت دیگر، شبیه سازی 75 درصد احتمال شکست دارد. اما خبر خوب این است که می دانید چه زمانی شکست خورده اید. اگر به قیاس هدیه خود پایبند باشیم، از هر چهار برابر هدیه، یک عدد هدیه مورد نظر خواهد بود (مثلاً یک شلوار)، سایر موارد یک شلوار است اما در اندازه یا رنگ اشتباه، یا این یک ژاکت خواهد بود.”

نظریه پردازان برای اینکه مدل خود را با فناوری مرتبط کنند، آن را به مترولوژی کوانتومی مرتبط می کنند. در یک آزمایش اندازه‌شناسی کوانتومی معمولی، فوتون‌ها – ذرات ریز نور – به سمت نمونه مورد نظر هدایت می‌شوند و سپس با نوع خاصی از دوربین ثبت می‌شوند. اگر قرار است این آزمایش موثر باشد، فوتون ها باید قبل از رسیدن به نمونه به روش خاصی آماده شوند.

محققان نشان داده‌اند که حتی اگر روش‌های آماده‌سازی فوتون‌ها را فقط پس از رسیدن فوتون‌ها به نمونه یاد بگیرند، می‌توانند از شبیه‌سازی‌های سفر در زمان برای تغییر دادن فوتون‌های اولیه به‌طور ماسبق استفاده کنند.

برای مقابله با احتمال بالای شکست، نظریه پردازان ارسال تعداد زیادی فوتون درهم تنیده را پیشنهاد می کنند، زیرا می دانند که برخی در نهایت اطلاعات صحیح و به روز شده را حمل خواهند کرد. آنها سپس از یک فیلتر استفاده می کنند تا اطمینان حاصل کنند که فوتون های صحیح وارد دوربین می شوند، در حالی که فیلتر فوتون های “بد” باقی مانده را پس می زند.

آیدان مک کانل، یکی از نویسندگان، که این تحقیق را در دوره فوق لیسانس خود در آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج انجام داد و اکنون دکترا است، گفت: «به قیاس قبلی ما با هدایا فکر کنید. دانشجوی ETH، زوریخ بیایید بگوییم که ارسال هدایا ارزان است و می‌توانیم چندین بسته را در روز اول ارسال کنیم. روز دوم می دانیم که کدام هدیه را باید می فرستادیم. تا زمانی که بسته‌ها در روز سوم می‌رسند، از هر چهار هدیه یکی درست می‌شود و ما آنها را با گفتن به گیرنده انتخاب می‌کنیم که کدام تحویل را دور بیندازد.”

Arvidsson-Shukkur گفت: «اینکه ما باید از یک فیلتر برای انجام آزمایش خود استفاده کنیم، در واقع کاملاً اطمینان بخش است. “اگر شبیه سازی سفر در زمان ما هر بار کار کند، جهان بسیار عجیب خواهد بود. نسبیت و تمام تئوری هایی که ما درک خود از جهان خود را بر اساس آنها می سازیم، از پنجره بیرون می روند.”

ما یک ماشین سفر در زمان ارائه نمی دهیم، بلکه یک فرو رفتن عمیق در اصول مکانیک کوانتومی را ارائه می دهیم. این شبیه‌سازی‌ها به شما اجازه نمی‌دهند به گذشته برگردید و گذشته‌تان را تغییر دهید، اما به شما اجازه می‌دهند با رفع مشکلات دیروز، فردای بهتری بسازید.”