Способность посылать информацию из настоящего в прошлое, чтобы изменить его, встречается только у героев научной фантастики. Однако трое ученых из Великобритании и США показали, что, управляя квантовой запутанностью, можно провести эксперимент, моделирующий путешествие во времени. Разработанный ими эксперимент в области квантовой метрологии позволит проводить более точные измерения с использованием квантовых состояний. При этом он предполагает, что отправка определенных данных в прошлое может улучшать будущее.

Физики из Университета Кэмбриджа, Национального института стандартов и технологий и Университета Мэриленда предложили эксперимент, в котором информация отправляется назад во времени, чтобы задним числом изменить действия ученых, проводящих измерения. Исследователи утверждают, что такая модель путешествия во времени в запутанных системах открывает перед физическими системами возможности, которых невозможно добиться классическими способами, пишет Physics World.

В квантовой механике опыты с путешествиями назад во времени — не такая уж редкость. Важным элементом таких экспериментов является телепортация, передача какого-либо состояния системы на определенном этапе преобразования в начало эксперимента. Для этого частицы должны находиться в состоянии квантовой запутанности, так чтобы изменение одной тотчас отражалось бы на другой, вне зависимости от их взаимного расположения.

Моделирование путешествия в прошлое позволяет лучше понять природу квантовой механики и квантовых систем. В данном случае, ученые исследовали область знаний, которая называется квантовой метрологией и которая использует инструменты квантовой механики для проведения высокоточных измерений.

Типичная проблема квантовой метрологии — оценка неизвестного параметра системы или процесса при помощи квантово-механических датчиков. Изменение состояния такого датчика сообщает ученым важную информацию об этом неизвестном параметре, и задача исследователя — получить как можно больше информации с одного детектора. Выполнить ее помогает постселективное измерение. В этом процессе экспериментатор выполняет измерение, а затем, в зависимости от результата, либо включает, либо исключает определенные результаты из анализа. Это позволяет сконцентрировать полученную датчиком информацию.

Ранее команда ученых уже показывала, что в квантовой системе выбор оптимального состояния датчика позволяет экспериментатору получать больше информации с зонда, чем классическими методами. Однако обычно исследователь узнает, какое входящее состояние было оптимальным, только после того, как взаимодействие уже произошло. В случае путешествия во времени это можно исправить.

Если экспериментатор телепортирует оптимальное входящее состояние назад во времени, используя для этого квантовую запутанность, открываются благоприятные возможности, которых раньше не было. В своей статье ученые предлагают использовать два максимально запутанных квантовых бита, А и С, плюс дополнительный кубит в качестве датчика. Цель: измерить силу неизвестного взаимодействия. Изначально экспериментаторы не знают, каково оптимальное входящее состояние для А. На первом этапе датчик и кубит А взаимодействуют. Информация о неизвестном параметре взаимодействия закодирована в состоянии датчика. На промежуточном этапе, однако, ученые измеряют состояние кубита А. Это измерение дает информацию о все еще неизвестном оптимальном состоянии.

Затем исследователи используют эту информацию, чтобы привести вспомогательный кубит D в оптимальное состояние. После они измеряют общее состояние кубитов С и D. Если оно не совпадает с начальным общим состоянием A и C, это измерение изымается из анализа. Это позволяет, по сути, выбрать моменты, когда оптимально подготовленное состояние D телепортируется в начальное состояние кубита А. Эта телепортация означает, что когда ученый проверяет показания датчика, он записывает оптимальную информацию, даже несмотря на то, что датчик не был в начале приведет в оптимальное состояние.

В результате процесс обеспечивает высокую информативность датчиков. Общий КПД измерений, несмотря на необходимость множества попыток, все равно достаточно высокий, чтобы использовать его для проведения точных лабораторных тестов.

«Хотя моделирования [путешествий во времени] не позволяют возвращаться в прошлое и менять его, они позволяют создавать лучшее будущее, исправляя вчерашние проблемы сегодня», — сказали авторы эксперимента.