Физики создают квантовые датчики, «путешествующие во времени»

В статье, опубликованной в Physical Review Letters, ученые из университета в Сент-Луисе демонстрируют новый тип квантового датчика, который использует квантовую запутанность для создания детекторов, путешествующих во времени.

Идея путешествия во времени уже много лет интересует любителей научной фантастики. Наука говорит нам, что путешествие в будущее технически осуществимо, по крайней мере, если двигаться со скоростью, близкой к скорости света, но возвращение назад во времени невозможно.

Но что, если ученые смогут использовать преимущества квантовой физики для раскрытия данных о сложных системах, существовавших в прошлом? Новое исследование показывает, что эта предпосылка может быть не такой уж надуманной. В своей статье, Катер Марч, профессор физики и директор Центра квантовой физики и его коллеги демонстрирует новый тип сенсора, который использует квантовую запутанность для создания детекторов, путешествующих во времени.

Катер Марч описывает эту концепцию как аналогию возможности послать телескоп назад во времени, чтобы запечатлеть падающую звезду, которую вы увидели краем глаза. В повседневном мире эта идея обречена на провал. Но в таинственной и загадочной стране квантовой физики может быть способ обойти правила. Это происходит благодаря свойству запутанных квантовых датчиков, которое Марч называет «взглядом в прошлое».

Процесс начинается с запутывания двух квантовых частиц в квантовом синглетном состоянии — другими словами, двух кубитов с противоположным спином — так что независимо от того, какое направление вы рассматриваете, спины направлены в противоположные стороны. Отсюда один из кубитов — «зонд», как его называет Марч, — подвергается воздействию магнитного поля, которое заставляет его вращаться.

На следующем этапе происходит пресловутое волшебство. Когда измеряется вспомогательный кубит (тот, который не используется в качестве зонда в эксперименте), свойства запутанности эффективно отправляют его квантовое состояние (то есть спин) «назад во времени» к другому кубиту в паре. Это возвращает нас ко второму этапу процесса, где магнитное поле вращало «пробный кубит», и именно здесь проявляется настоящее преимущество ретроспективного подхода.

При обычных обстоятельствах для такого рода экспериментов, когда вращение спина используется для измерения величины магнитного поля, существует один шанс из трех, что измерение окажется неудачным. Это связано с тем, что при взаимодействии магнитного поля с кубитом вдоль оси x, y или z, если оно параллельно или антипараллельно направлению спина, результаты будут сведены к нулю — вращение измерять будет нечем.

В обычных условиях, когда магнитное поле неизвестно, ученым пришлось бы гадать, в каком направлении подготовить вращение, что привело бы к одной трети вероятности неудачи. Прелесть ретроспективного подхода в том, что он позволяет экспериментаторам установить наилучшее направление вращения — задним числом — посредством путешествий во времени.

Эйнштейн однажды назвал квантовую запутанность «жутким действием на расстоянии». Возможно, самое жуткое в запутанности то, что мы можем рассматривать пары запутанных частиц как одну и ту же частицу, движущуюся как вперед, так и назад во времени.

Это дает ученым новые творческие способы создания более совершенных датчиков, в частности таких, которые можно эффективно отправлять назад во времени. Существует ряд потенциальных применений датчиков такого типа, от обнаружения астрономических явлений до вышеупомянутых преимуществ, получаемых при изучении магнитных полей, и по мере дальнейшего развития концепции в центре внимания наверняка окажется еще больше.

Смотрите также: О чем забывают путешественники во времени?