Модель машины времени показала отсутствие парадоксов
Учёные на опыте обосновали непротиворечивость перемещений в прошлое. Опыт с частицами был обставлен так, что в плане происхождения вероятных противоречий обстановка была полностью аналогична путешествию во времени. Выяснилось, природа способна обороняться от попыток переписать историю.
Доктор наук Сет Ллойд (Seth Lloyd) из Массачусетского технологического его коллеги и института из америки, Италии, Канады и японии разместили статью в Physical Review Letters. Этот труд явился развитием прошлогодней работы, о которой мы говорили подробно.
Кратко напомним: Ллойд со товарищи при помощи квантовой механики продемонстрировали, как природа может защищаться от парадоксов, появляющихся при путешествиях во времени. Это так называемый «парадокс дедушки» (grandfather paradox) либо аналогичный парадокс «убийства самого себя в прошлом» (autoinfanticide).
В случае если последнее случится, некому позднее будет отправиться в прошлое, дабы совершить это убийство, и потому оно не произойдёт, но тогда путешественник выживет и отправится в прошлое, дабы постараться убить себя…
Познакомьтесь с человеком, что с формулами в руках и результатами опытов обосновывает, что путешествия в прошлое Вселенную никак не смущают. У Ллойда оказалось, что телепортироваться назад может лишь объект, что позже не нарушит движение истории (фото с сайта cipher3d.wordpress.com).
Не так уж принципиально важно, что в изучении Ллойда обращение всё время идёт о квантовых частицах (в частности фотонах): учёным весьма интересно разглядеть сами правила необычных перемещений. А уж после этого выводы и отысканные закономерности возможно попытаться перенести на хорошие объекты.
Итак, в собственной новой статье Сет говорит, как в опыте с частицами воспроизвести машину времени и притом благополучно миновать происхождение «парадокса дедушки».
Для начала он разглядывает замкнутую времениподобную кривую (closed не меньше — CTC) в качестве канала для квантовой телепортации.
CTC — это мировая линия частицы в пространстве-времени, которая возвращает её к исходной точке. А квантовую телепортацию Ллойд и его сотрудники скорректировали так, дабы состояние частицы передавалось не в пространстве, а назад во времени.
Представьте: вам необходимо передать малоизвестное квантовое состояние |ψ между двумя сторонами (Боб
и Алиса), применяя несколько запутанных частиц, переправку хорошей информации, и унитарное преобразование на стороне Боба.
Любопытно, рассуждают авторы работы, что в случае если измерение Алисы (над частицей |ψ и половинкой от пары квантово сцепленных частиц) даёт тот же итог, какой был бы взят, вздумай мы выяснить начальное состояние (запутанной пары), Бобу не требуется делать какие-либо преобразования, для получения состояния Алисы |ψ.
Выходит, в некоем смысле, что Боб владеет частицей с малоизвестным (телепортируемым) состоянием ещё перед тем, как Алиса проводит телепортацию. Причинность наряду с этим не нарушается, потому, что Боб неимеетвозможности угадать итог измерения Алисы, тот так как случаен.
В случае если из массы результатов для того чтобы повторяющегося опыта возможно было бы выбирать лишь обрисованные выше случаи, такая квантовая телепортация разрешила бы информации распространяться в обратном направлении по постселективной времениподобной линии (Р-CTC). Возможно так как с некой условностью заявить, что частица Боба из запутанной пары — это имеется сама частица |ψ, возвратившаяся назад во времени.
Приведённые выше рассуждения приоткрывают теоретическую возможность путешествия в прошлое хотя бы частиц. На данной логической базе возможно поставить интересующий нас опыт, что мы обрисуем, опуская подробности и с некоторыми упрощениями.
Роль путешественника играется фотон, воображающий кубит. До измерения он владеет неким малоизвестным квантовым состоянием, а по окончании измерения оказывается с одним из вероятных значений поляризации (1 и 0). Причём единичка условно свидетельствует, что отечественный незадачливый путешественник жив, а ноль — мёртв.
Пистолет путешественника — это квантовый вентиль, устройство, воздействующее на состояние фотона (другими словами обращающее состояние кубита, превращающее 1 в 0).
Квантовая машина времени. Пояснения в тексте (иллюстрация Seth Lloyd, et al. /American Physical Society).
На рисунке выше продемонстрировано путешествие в прошлое (замкнутый овал) в терминах квантовой механики (t – стрела времени). σx – это пистолет, убивающий частицу (элемент оптической схемы меняющий состояние кубита). Точки и крестики на линиях – два момента мониторинга бита-путешественника (до и по окончании пистолета) при помощи вентилей CNOT и проверочных (пробных) кубитов.
Для сохранения согласованности частица, вступающая в петлю как 0 (мёртвая), обязана выйти из неё как 1 (живая), дабы выстрелить сама в себя. И напротив, входящий в петлю живой путешественник (1) обязан выйти из петли как 0 (дабы не стрелять и покинуть себя в живых).
В любом случае, реализация выстрела, происхождение парадокса (одинаковая частица – ни жива, ни мертва), для проверочных битов (изначально «нулевых») свидетельствует, что их отыщут в противоположных состояниях (01 либо 10).
В версии квантовой машины времени по Ллойду стрелок путешествует в прошлое, но пистолет не срабатывает. А потому обе измеренные контрольные частицы должны владеть одним значением: 1 и 1, или 0 и 0. Убить самого себя (либо дедушку) путешественнику в прошлое не удаётся.
«В реальности операция σx не совершенна», — пишут авторы работы. Для усиления этого результата пистолет (на деле — один из элементов оптической схемы) сделали вращающимся на угол от 0 (фотон-путешественник промахивается) до 180 градусов (правильное попадание).
Было приготовлено два квантово сцепленных однофотонных кубита (воображающих путешественника, идущего вперёд и назад на протяжении стрелы времени).
Состояние путешественника измерялось пробными кубитами в целой серии опытов, в которых учёные ещё и вращали «квантовый пистолет» (меняя возможность правильного выстрела). И оказался занимательный итог.
Верхняя часть рисунка (a) – диаграмма квантовой схемы, где Forward и Backward, соответственно, кубиты, путешествующие вперёд и назад во времени, Probe – пробные кубиты. Розовым выделен «квантовый пистолет», синим – участок подготовки состояния Белла (запутанного) и участок «постселекции», в котором, условно говоря, получаются лишь результаты, каковые не нарушают «ткань истории».
Ниже (b) – схема самой установки с поляризаторами, делителями, охлаждаемой ПЗС-прочими элементами и матрицей (иллюстрация Seth Lloyd, et al. /American Physical Society).
«Обратный» кубит может телепортироваться через квантовый канал Р-CTC лишь в случае если петля завершается проецированием пары в то же состояние. — растолковывает PhysOrg.com. — Результаты опыта продемонстрировали, что состояния кубитов почти всегда были равны, демонстрируя, что кубит неимеетвозможности убить собственное прошлое «я».
Результаты опыта с «убийством дедушки» (либо самого себя), на примере квантовых состояний фотонов. Пояснения в тексте (иллюстрация Seth Lloyd, et al. /American Physical Society).
На рисунке выше по вертикали отмерена возможность того, что путешествие во времени удачно прошло и наряду с этим пробные кубиты находятся в одном и том же состоянии (00 или 11, красные круги), что говорит об осечке пистолета, либо в противоположном состоянии (01 либо 10, светло синий ромбики, выстрел был убийственен).
По мере того, как точность настройки пистолета возрастает (по горизонтали, градусы от нуля до 180), возможность телепортации значительно уменьшается.
Возможность же того, что пара пробных кубитов отыскана в состоянии 10 либо 01 образовывает в районе 0,01. Это говорит о том, что фотоны ни при каких обстоятельствах не добьются успеха в путешествии назад во времени с убийством самих себя. Целые кривые соответствуют теоретическим предсказаниям.
Отклонение от них разъясняется несовершенством аппаратуры.
Учёные пока не смогут проверить – подчиняются ли фактические CTC в природе данной теории. Для предстоящего изучения этого вопроса физики во главе с Ллойдом собираются поставить опыт, что моделировал бы парадокс о недоказанной теореме.
В ней человек просматривает подтверждение некой теоремы в книжке, позже отправляется в прошлое и показывает подтверждение математику, написавшему данный учебник.
Математик включает подтверждение в книгу, которую в будущем прочтёт путешественник во времени. Вопрос – откуда взялось подтверждение? По Ллойду всё дело в том, что сама петля времени (в которой роль математика и путешественника выполняют снова фотоны) выглядит, как продемонстрировано на рисунке ниже.
Парадокс с недоказанной теоремой по Ллойду (иллюстрация Seth Lloyd, et al. /American Physical Society).
Фотон-путешественник, вступающий в петлю, забирает данные из будущего через верхний вентиль CNOT, отвозит её в прошлое и передаёт её (через нижний CNOT) второй частице, у которой позднее снова и заберёт. Бит, означающий «подтверждение теоремы», тут максимально запутан с тем, что пробежался по петле.
И это указывает, что этот кубит имеет смешанное значение, а вся схема не показывает никакой предрасположенности к какому-то одному доказательству (применительно к фотонам – к одному квантовому состоянию), но несёт в себе смесь всех вероятных доказательств.
О том, как эти построения возможно перенести на более сложные случаи путешествий во времени, возможно ещё рассуждать. Основное, что природа, наверное, не видит в путешествиях в прошлое ничего парадоксального. В рамках квантовой механики по крайней мере.
