Αξιοποιώντας το Δυναμικό της Κβαντικής Συνήθησης για Προηγμένες Μετρήσεις

Διαδρομή στο Χρόνο μέσω της Κβαντικής Συνήθησης

Το ταξίδι στο χρόνο ήταν πάντα ένας γοητευτικός έννοια, ό

που

άτομα μπορούν να επιστρέψουν στο παρελθόν και να κάνουν διαφορετικές επιλογές. Αν και παραμένει στο χώρο της

επιστημονικής φαντασίας

, οι

ερευνητές

έχουν ανακαλύψει έναν τρόπο να προσομοιώσουν το ταξίδι στο χρόνο μέσω της εναλλαγής της κβαντικής συνήθησης. Ο David Arvidsson-Shukur του Εργαστηρίου Hitachi Cambridge, ο Aidan McConnell από το Πανεπιστήμιο του Cambridge και η Nicole Yunger Halpern από το

Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας

(NIST) των Ηνωμένων Πολιτειών και το Πανεπιστήμιο της Μέριλαντ, έχουν προτείνει μια μεθοδολογία που επιτρέπει στους πειραματιστές να σχεδιάσουν πειράματα που αναπαράγουν ενέργειες παρόμοιες με το ταξίδι στο χρόνο.

Οι τρεις αυτοί επιστήμονες, που δημοσίευσαν την εργασία τους στο περιοδικό Physical Review Letters, εξηγούν ότι χρησιμοποιώντας κβαντικά συνηθισμένα συστήματα, είναι δυνατόν να πραγματοποιηθούν αντίστροφες ενέργειες που οδηγούν σε βέλτιστες μετρήσεις. Αυτή η προσομοίωση του ταξιδιού στο χρόνο μέσα από συνηθισμένα συστήματα παρέχει ευκαιρίες για σημαντικές προόδους στην κβαντική μετρολογία, το πεδίο της φυσικής που επικεντρώνεται στις υπερακριβείς μετρήσεις χρησιμοποιώντας την κβαντική μηχανική.

Οι κβαντικές προσομοιώσεις του ταξιδιού στο χρόνο βασίζονται στο φαινόμενο της τηλεμεταφοράς, κατά το οποίο η κατάσταση από ένα μεσολαβητή στάδιο ενός πειράματος στέλνεται πίσω στην αρχή. Για να επιτευχθεί αυτό, οι καταστάσεις που τηλεμεταφέρονται πρέπει να είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους σε κβαντικό επίπεδο. Η έρευνα των Arvidsson-Shukur, McConnell και Yunger Halpern εξερευνά τα πλεονεκτήματα που η προσομοίωση του αντίστροφου ταξιδιού στο χρόνο μπορεί να προσφέρει για την κβαντική μετρολογία.

Η κβαντική μετρολογία περιλαμβάνει την εκτίμηση άγνωστων παραμέτρων ενός συστήματος ή διαδικασίας χρησιμοποιώντας κβαντικά μετρητικά εργαλεία. Ο στόχος είναι να αποκτηθεί όσο το δυνατόν περισσότερη πληροφορία από κάθε μετρητικό εργαλείο. Οι ερευνητές προτείνουν τη χρήση μετρήσεων μετά-επιλογής ως μέσο ενίσχυσης της πληροφορίας που αποκτάται ανά μετρητικό εργαλείο. Με αυτή τη μέθοδο, ένας πειραματιστής κάνει μια μέτρηση και στη συνέχεια συμπεριλαμβάνει ή αποκλείει ορισμένα αποτελέσματα από την ανάλυση με βάση την έκβαση. Αυτό επιτρέπει τη συγκέντρωση της πληροφορίας.

Οι προηγούμενες έρευνες των επιστημόνων απέδειξαν ότι σε ένα κβαντικό σύστημα, η επιλογή μιας βέλτιστης κατάστασης εισόδου του μετρητικού εργαλείου μπορεί να οδηγήσει σε περισσότερη πληροφορία ανά μετρητικό εργαλείο σε σύγκριση με τα κλασικά συστήματα. Ωστόσο, σε σενάρια χωρίς ταξίδι στο χρόνο, ο πειραματιστής μπορεί να αναγνωρίσει την βέλτιστη κατάσταση εισόδου μόνο μετά το πέρας της αλληλεπίδρασης, κάτι που περιορίζει τη χρησιμότητά της.

Στη νέα τους πρόταση, οι ερευνητές προτείνουν να τηλεμεταφέρουν τη βέλτιστη κατάσταση εισόδου πίσω στο παρελθόν μέσω της εναλλαγής της κβαντικής συνήθειας. Με αυτόν τον τρόπο, δείχνουν ότι ο πειραματιστής μπορεί να αποκτήσει νέα λειτουργικά πλεονεκτήματα. Η διαδικασία περιλαμβάνει το να προετοιμάζονται κβαντικά bits (qubits) που έχουν συνδεθεί μεταξύ τους και ένα επιπλέον qubit ως μετρητικό εργαλείο. Η άγνωστη αλληλεπίδραση μετριέται χρησιμοποιώντας το μετρητικό εργαλείο, που κωδικοποιεί πληροφορίες σχετικά με την άγνωστη παράμετρο. Μετά από ένα μεσολαβητικό βήμα, ο πειραματιστής μετρά την κατάσταση ενός από τα συνδεδεμένα qubits, που αποκαλύπτει σημαντικές πληροφορίες για τη βέλτιστη κατάσταση του μετρητικού εργαλείου. Αυτές οι πληροφορίες χρησιμοποιούνται για να προετοιμαστεί ένα επιπλέον qubit στη βέλτιστη κατάσταση, και η συνδυασμένη κατάσταση των qubits μετριέται. Η επιτυχία της τηλεμεταφοράς καθορίζεται από το αν η συνδυασμένη κατάσταση ταιριάζει με την αρχική κατάσταση. Μόνο οι μετρήσεις με επιτυχημένη τηλεμεταφορά περιλαμβάνονται στην ανάλυση, με αποτέλεσμα την απόκτηση σημαντικής πληροφορίας ανά μετρητικό εργαλείο.

Ενώ η πραγματική δυνατότητα ταξιδιού στο χρόνο παραμένει αβέβαιη, η εναλλαγή της κβαντικής συνήθειας επιτρέπει στους ερευνητές να πραγματοποιούν πιο ακριβείς μετρήσεις και να προσομοιώνουν ταξίδια στο χρόνο στο εργαστήριο. Όπως υποστηρίζουν οι ερευνητές, αυτές οι προσομοιώσεις δεν μπορούν να αλλάξουν το παρελθόν, αλλά έχουν τη δυνατότητα να δημιουργήσουν ένα καλύτερο

μέλλον

αντιμετωπίζοντας τις προκλήσεις του χτες σήμερα.

Συχνές Ερωτήσεις

1. Q: Ποια είναι η έννοια του ταξιδιού στο χρόνο που αναφέρεται στο άρθρο;

   A: Το άρθρο συζητά την έννοια του προσομοιωμένου ταξιδιού στο χρόνο χρησιμοποιώντας κβαντική συνήθεια.

2. Q: Ποιοι πρότειναν την μεθοδολογία για την προσομοίωση αντίστοιχων ενεργειών ταξιδιού στο χρόνο;

   A: Ο David Arvidsson-Shukur, ο Aidan McConnell και η Nicole Yunger Halpern πρότειναν τη μεθοδολογία.

3. Q: Ποια είναι η επικέντρωση της κβαντικής μετρολογίας;

   A: Η κβαντική μετρολογία επικεντρώνεται στις υπερακριβείς μετρήσεις χρησιμοποιώντας κβαντική μηχανική.

4. Q: Πώς λειτουργούν οι κβαντικές προσομοιώσεις του ταξιδιού στο χρόνο;

   A: Οι κβαντικές προσομοιώσεις περιλαμβάνουν τηλεμεταφορά, όπου η κατάσταση από ένα μεσολαβητή στάδιο ενός πειράματος στέλνεται πίσω στην αρχή, χρησιμοποιώντας συνδεδεμένα κβαντικά συστήματα.

5. Q: Πώς ενισχύει η μέθοδος των μετρήσεων μετά-επιλογής την απόκτηση πληροφορίας ανά μετρητικό εργαλείο;

   A: Οι μετρήσεις μετά-επιλογής επιτρέπουν στον πειραματιστή να συμπεριλάβει ή να αποκλείσει ορισμένα αποτελέσματα από την ανάλυση με βάση την έκβαση, με αποτέλεσμα τη συγκέντρωση της πληροφορίας.

6. Q: Πώς λειτουργεί η προτεινόμενη μεθοδολογία για την προσομοίωση του ταξιδιού στο χρόνο;

   A: Η μεθοδολογία περιλαμβάνει την προετοιμασία συνδεδεμένων κβαντικών bits (qubits) και ενός επιπλέον qubit ως μετρητικού εργαλείου. Η άγνωστη αλληλεπίδραση μετριέται χρησιμοποιώντας το μετρητικό εργαλείο και σημαντικές πληροφορίες για τη βέλτιστη κατάσταση του μετρητικού εργαλείου ανακτώνται μέσω της μέτρησης ενός από τα συνδεδεμένα qubits. Οι επιτυχημένες τηλεμεταφορές καθορίζονται από το αν η συνδυασμένη κατάσταση ταιριάζει με την αρχική κατάσταση, και μόνο οι μετρήσεις με επιτυχημένη τηλεμεταφορά περιλαμβάνονται στην ανάλυση, με σημαντική απόδοση πληροφορίας ανά μετρητικό εργαλείο.

Σημαντικοί Όροι

– Ταξίδι στο χρόνο: Η έννοια του ταξιδιού προς το παρελθόν ή το μέλλον.

– Κβαντική συνήθεια: Το φαινόμενο όπου δύο ή περισσότερα σωματίδια γίνονται συνδεδεμένα σε κβαντικό επίπεδο.

– Κβαντική μετρολογία: Το πεδίο της φυσικής που επικεντρώνεται σε υπερακριβείς μετρήσεις χρησιμοποιώντας την κβαντική μηχανική.

– Τηλεμεταφορά: Η διαδικασία αποστολής της κατάστασης ενός σωματιδίου σε άλλη τοποθεσία χωρίς τη φυσική μετακίνηση του.

Σχετικοί Σύνδεσμοι

Πανεπιστήμιο του Cambridge: [a href=”https://cam.ac.uk]https://cam.ac.uk[/a]

Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) των Ηνωμένων Πολιτειών: [a href=”https://nist.gov”]https://nist.gov[/a]