粒子尺度上「回到過去」正走向現實,量子世界中時間旅行早已無處不在?

2024-12-02     董寬楓     反饋
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為了便於理解,研究小組用比喻的方式來描述這個思想實驗:某人計劃給朋友寄一份禮物,知道需要三天才能送到。他在第一天寄出了禮物,但惱人的是,第二天他收到了朋友的願望清單。於是,他利用時間循環將信息傳送回過去,調整了已寄出的禮物,這樣朋友就能恰好得到他想要的禮物。

在實際的思想實驗中,禮物是粒子A,而「願望清單」則對應粒子C的一個量子力學特性,即自旋。一旦知道了這一點,實驗者就能使用粒子D來連結過去,以影響粒子A的屬性,使其與粒子C的特性保持一致。

出於技術原因,這個過程實際上只有1/4的成功幾率,其他結果則在後選擇過程中被丟棄了,這可能看起來像是在作弊。但研究人員認為,思想實驗涉及的測量方法決定了過去的某些事情:在量子力學中,這在數學上等同於將狀態傳送回過去,粒子A的過去狀態是由未來實驗中設定的條件決定的。

「我喜歡他們的研究。」美國加州查普曼大學的哲學家艾米麗·阿德拉姆說。但她表示,這並不是真正的逆因果性——如果是,那它應該每次都能成功。「真實情況是,他們丟棄了所有產生錯誤結果的實驗。」而且,她強調,這只是一個思想實驗,沒有任何東西真的被送回到過去。

一項真實實驗

將空談轉為行動

將測得的量子最佳狀態通過量子糾纏發送回過去,該實驗將物理學家的長期探索從空談轉為行動。如果用來解釋很多量子現象的逆因果性是正確的,這意味著時間旅行在量子領域已無處不在

思想實驗發表後,研究小組又與加拿大多倫多大學的物理學家艾弗萊姆·斯坦伯格一起,進一步設計了一個真實實驗。這將涉及通過量子CTC向過去發送真實的單個光子。

與此同時,舒庫爾和他的同事們也回歸「初心」,開始利用量子CTC開展更準確的測量工作,並取得了巨大進展。

在今年3月發表的一項實驗中,他們展示了如何利用量子CTC模擬來提高量子處理器的效率。這就像你和朋友一起去觀星,朋友們都看到了流星,你卻觀測錯了方位。但這項實驗能幫你帶著正確的觀星方位回到過去,彌補這一遺憾。且這一次,舒庫爾和同事們做到了不丟棄任何結果。

這是怎麼實現的?舒庫爾的研究小組設計了一個實驗,涉及兩個被設置為超導量子比特的原子和一個未知場,這個未知場可能是電場、磁場等。他們希望通過監測其中一個量子比特的自旋變化來估算未知場的強度。如果他們不知道場的方向,就無法準備自旋。通常情況下,這類問題的解決方案是準備許多具有不同自旋的量子比特,並利用這些量子比特來推算出場的情況。但這種方法耗時長、消耗大。
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