3 december 2024

Quantumfysici tonen aan; simulaties van ‘terug-in-de-tijdreizen’ kunnen wetenschappelijke experimenten verbeteren

Impressie van verstrengelde deeltjes. Credit: Arhan Amun Ankh

Een team quantumfysici van de Universiteiten van Cambridge en Maryland simuleerde het terug-in-de-tijdreizen om meer inzicht te krijgen in natuurkundige problemen die niet met de standaardfysica ontrafeld kunnen worden. Het team experimenteerde met het theoretisch modelleren en simuleren van de achterwaartse tijdsstroom op manieren die in de echte wereld onmogelijk te realiseren zijn. En nu heeft het team aangetoond dat hun methode kan helpen bij het oplossen van natuurkundige problemen.

Onder leiding van de natuurkundige David Arvidsson-Shukur van de Universiteit van Cambridge voerde het team een experiment uit waarbij de invoerstatus kan worden gewijzigd door een achterwaartse tijdslus te simuleren. Hierdoor kunnen ze de parameters wijzigen nadat ze al zijn ingesteld. Deze lussen zijn uiteraard puur hypothetisch, maar ze kunnen worden gesimuleerd met behulp van quantumteleportatiecircuits die zijn gemaakt met verstrengelde deeltjes, om problemen wiskundig op te lossen. Arvidssn-Shukur stelt: “Stel je voor dat je iemand een cadeau wilt sturen: je moet het op dag één versturen om er zeker van te zijn dat het op dag drie aankomt. Je ontvangt het verlanglijstje van die persoon echter pas op dag twee. In dit chronologische scenario is het onmogelijk voor je om van tevoren te weten wat hij of zij als cadeau wil hebben en om er zeker van te zijn dat je het juiste cadeau stuurt. “Stel je nu eens voor dat je kunt veranderen wat je op dag één verzendt met de informatie uit de verlanglijst die je op dag twee hebt ontvangen. Onze simulatie maakt gebruik van quantumverstrengelingsmanipulatie om te laten zien hoe je met terugwerkende kracht je eerdere acties kunt wijzigen om ervoor te zorgen dat het uiteindelijke resultaat het gewenste resultaat is. 

Quantumverstrengeling is een toestand waarin de eigenschappen van twee deeltjes met elkaar verbonden worden voordat ze worden gemeten. Door de eigenschappen van het ene deeltje te meten, wordt onmiddellijk de complementaire toestand van het andere deeltje vastgesteld, ongeacht hoe ver ze uit elkaar liggen. Wetenschappers zijn er zelfs in geslaagd de eigenschappen van het ene deeltje te beïnvloeden en gelijktijdige veranderingen in het andere deeltje over een aanzienlijke afstand waar te nemen, een fenomeen dat quantumteleportatie genoemd wordt.
 
Het team gebruikte verstrengelde deeltjes, niet alleen om informatie door de fysieke ruimte te teleporteren, maar ook achterwaarts door de tijd. Teamlid Nicole Jungern Halperin stelt; “In ons voorstel verstrengelt een experimentator twee deeltjes. Het eerste deeltje wordt vervolgens verzonden om in een experiment te worden gebruikt. Bij het verkrijgen van nieuwe informatie manipuleert de experimentalist het tweede deeltje om de vroegere toestand van het eerste deeltje effectief te veranderen, waardoor de uitkomst van het experiment verandert.” De aard van de gesloten lus in de tijd is ook niet van het soort dat iemand in staat zou stellen terug te reizen en paradoxaal genoeg bijvoorbeeld zijn grootvader te vermoorden, vertrouwend op een waarschijnlijkheidsvoorwaarde die postselectie wordt genoemd, en die maatregelen beperkt op basis van vaste gebeurtenissen. Het team beweert niet dat dergelijke lussen bestaan, maar stelt dat de quantumtheorie de simulatie van deze lussen mogelijk maakt, die als gevolg daarvan door quantumverstrengeling kunnen worden ‘uitgebuit’.
 
De berekeningen van het team tonen dat de tijdlus slechts 25 procent van de tijd met succes kan worden geëxploiteerd; wat betekent dat het testbaar is in een echt experiment. Dit experiment moet nog worden uitgevoerd, maar het kan op grote schaal worden gedaan door grote aantallen fotonen – lichtquanta – te verstrengelen en tijdreissimulaties te gebruiken om hun toestand te veranderen nadat ze naar een speciale camera met fotonenfilter zijn gestuurd, alleen ontworpen om de fotonen met de bijgewerkte informatie te detecteren. De detectie van deze fotonen zou betekenen dat de simulatie heeft gewerkt. “Dat we een filter moeten gebruiken om ons experiment te laten werken, stelt eigenlijk wel gerust,” aldus Arvidsson-Shukur, “De wereld zou heel vreemd zijn als onze tijdreissimulatie elke keer zou werken. Relativiteit en alle theorieën waarop we ons begrip van ons universum bouwen, zouden we dan weg kunnen doen.” En vervolgt; “We stellen geen tijdreismachine voor, maar eerder een diepe duik in de grondbeginselen van de quantummechanica. Met deze simulaties kun je niet teruggaan en je verleden veranderen, maar ze stellen je wel in staat een betere toekomst te creëren door de problemen van gisteren vandaag op te lossen,” aldus Arvidsson-Shukur. Het onderzoek is recent gepubliceerd in Physical Review Letters. Bronnen; Universiteit van Cambridge, PRL.
Share

Speak Your Mind

*