فیزیکدانان نشان داده‌اند که شبیه‌سازی مدل‌های سفر فرضی در زمان می‌تواند مسائل تجربی را حل کند که حل آنها با استفاده از فیزیک استاندارد غیرممکن به نظر می‌رسد.
ما یک ماشین سفر در زمان را پیشنهاد نمی کنیم، بلکه یک فرو رفتن عمیق در مبانی مکانیک کوانتومی را پیشنهاد می کنیم.
دیوید آرویدسون-شکور
اگر قماربازان، سرمایه‌گذاران و تجربی‌گران کوانتومی بتوانند پیکان زمان را خم کنند، مزیت آنها به‌طور قابل‌توجهی بیشتر می‌شد و به نتایج بسیار بهتری منجر می‌شد.
محققان دانشگاه کمبریج نشان داده‌اند که با دستکاری درهم تنیدگی – یکی از ویژگی‌های نظریه کوانتومی که باعث می‌شود ذرات به طور ذاتی به هم متصل شوند – می‌توانند اتفاقاتی را که در صورت سفر به عقب در زمان رخ می‌دهد، شبیه‌سازی کنند. به طوری که قماربازان، سرمایه‌گذاران و تجربی‌گران کوانتومی می‌توانند در برخی موارد به‌طور عطف به ماسبق اقدامات گذشته خود را تغییر دهند و نتایج خود را در زمان حال بهبود بخشند.
اینکه آیا ذرات می‌توانند در زمان به عقب بروند یا نه، موضوعی بحث‌برانگیز در میان فیزیکدانان است، حتی اگر دانشمندان قبلاً مدل‌هایی را شبیه‌سازی کرده‌اند که نشان می‌دهد چنین حلقه‌های فضازمانی در صورت وجود چگونه می‌توانند رفتار کنند. تیم کمبریج با اتصال نظریه جدید خود به مترولوژی کوانتومی، که از نظریه کوانتومی برای انجام اندازه گیری های بسیار حساس استفاده می کند، نشان داده است که درهم تنیدگی می تواند مسائلی را حل کند که در غیر این صورت غیرممکن به نظر می رسند. این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
دیوید آرویدسون-شوکور، نویسنده اصلی، از آزمایشگاه هیتاچی کمبریج، می‌گوید: «تصور کنید که می‌خواهید برای کسی هدیه‌ای بفرستید: باید آن را در روز اول بفرستید تا مطمئن شوید که روز سوم می‌رسد. با این حال، شما فقط در روز دوم لیست آرزوهای آن شخص را دریافت می کنید. بنابراین، در این سناریوی که به زمان‌شناسی احترام می‌گذارد، غیرممکن است که از قبل بدانید آنها چه چیزی را به عنوان هدیه می‌خواهند و مطمئن شوید که هدیه مناسب را ارسال می‌کنید.
«حالا تصور کنید می‌توانید چیزی را که در روز اول ارسال می‌کنید با اطلاعات فهرست آرزوهای دریافتی در روز دوم تغییر دهید. شبیه‌سازی ما از دستکاری درهم‌تنیدگی کوانتومی استفاده می‌کند تا نشان دهد چگونه می‌توانید اقدامات قبلی خود را به‌طور ماسبق تغییر دهید تا مطمئن شوید که نتیجه نهایی همان چیزی است که می‌خواهید.»
این شبیه‌سازی مبتنی بر درهم‌تنیدگی کوانتومی است که از همبستگی‌های قوی تشکیل شده است که ذرات کوانتومی می‌توانند به اشتراک بگذارند و ذرات کلاسیک – آنهایی که توسط فیزیک روزمره اداره می‌شوند – نمی‌توانند.
ویژگی فیزیک کوانتومی این است که اگر دو ذره به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک باشند تا بتوانند برهم کنش داشته باشند، حتی در صورت جدا شدن از هم می توانند به هم متصل بمانند. این اساس محاسبات کوانتومی است – مهار ذرات متصل برای انجام محاسبات بسیار پیچیده برای رایانه های کلاسیک.
نیکول یونگر هالپرن، محقق مؤسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و دانشگاه مریلند، می‌گوید: «در پیشنهاد ما، یک آزمایشگر دو ذره را در هم می‌پیچد». سپس اولین ذره برای استفاده در یک آزمایش فرستاده می شود. پس از به دست آوردن 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.
“اثر قابل توجه است، اما از هر چهار بار فقط یک بار اتفاق می افتد!” آرویدسون شوکور گفت. به عبارت دیگر، شبیه سازی 75 درصد احتمال شکست دارد. اما خبر خوب این است که می دانید اگر شکست خورده اید. اگر به قیاس هدیه خود بمانیم، یکی از چهار بار، هدیه مورد نظر خواهد بود (مثلاً یک شلوار)، یک بار دیگر یک شلوار اما در اندازه نامناسب یا رنگ اشتباه است. یا یک ژاکت خواهد بود.»
نظریه پردازان برای ارتباط مدل خود با فناوری ها، آن را به مترولوژی کوانتومی متصل کردند. در یک آزمایش رایج اندازه‌شناسی کوانتومی، فوتون‌ها – ذرات کوچک نور – به نمونه مورد نظر تابیده می‌شوند و سپس با نوع خاصی از دوربین ثبت می‌شوند. اگر قرار است این آزمایش کارآمد باشد، فوتون ها باید قبل از رسیدن به نمونه به روشی خاص آماده شوند. محققان نشان داده‌اند که حتی اگر یاد بگیرند که چگونه فوتون‌ها را تنها پس از رسیدن فوتون‌ها به نمونه آماده کنند، می‌توانند از شبیه‌سازی‌های سفر در زمان برای تغییر عطف به گذشته فوتون‌های اصلی استفاده کنند.
برای مقابله با احتمال بالای شکست، نظریه پردازان پیشنهاد می کنند تعداد زیادی فوتون درهم تنیده ارسال شود، زیرا می دانند که برخی از آنها در نهایت اطلاعات صحیح و به روز را حمل می کنند. سپس آنها از یک فیلتر برای اطمینان از عبور فوتون های مناسب به دوربین استفاده می کنند، در حالی که فیلتر بقیه فوتون های “بد” را پس می زند.
آیدان مک کانل، یکی از نویسندگان، که این تحقیق را در دوره کارشناسی ارشد خود در آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج انجام داد و اکنون دانشجوی دکترا در ETH زوریخ است، گفت: «قیاس قبلی ما در مورد هدایا را در نظر بگیرید. فرض کنید ارسال هدایا ارزان است و می‌توانیم بسته‌های متعددی را در روز اول ارسال کنیم. در روز دوم می دانیم که کدام هدیه را باید می فرستادیم. تا زمانی که بسته‌ها در روز سوم به دستشان برسد، از هر چهار هدیه، یکی درست می‌شود، و ما این‌ها را با گفتن به گیرنده انتخاب می‌کنیم که کدام کالا را دور بیندازد.»
Arvidsson-Shukur گفت: «اینکه ما برای انجام آزمایش خود باید از یک فیلتر استفاده کنیم در واقع بسیار اطمینان بخش است. «اگر شبیه‌سازی سفر در زمان ما هر بار کار کند، دنیا بسیار عجیب خواهد بود. نسبیت و همه تئوری هایی که ما در حال ساختن درک خود از جهان خود هستیم، بیرون از پنجره خواهند بود.
ما یک ماشین سفر در زمان را پیشنهاد نمی کنیم، بلکه یک فرو رفتن عمیق در مبانی مکانیک کوانتومی را پیشنهاد می کنیم. این شبیه‌سازی‌ها به شما اجازه نمی‌دهند که به گذشته برگردید و گذشته خود را تغییر دهید، اما به شما اجازه می‌دهند تا با رفع مشکلات دیروز، فردای بهتری خلق کنید.
این کار توسط بنیاد سوئد-آمریکا، بنیاد یادبود لارس هیرتا، کالج گیرتون، و شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC)، بخشی از تحقیقات و نوآوری بریتانیا (UKRI) پشتیبانی شد.
ارجاع:
David R M Arvidsson-Shukur, Aidan G McConnell, and Nicole Yunger Halpern, ‘Nonclassical advantage in metrology established via quantum simulations of hypothetical closed timelike curves’, Phys. Rev. Lett. 2023. DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.150202
