Пока все это очень сложно для понимания, но очень, очень интересно, заявили исследователи

Квантовый эксперимент, в котором частица света может одновременно двигаться вперед и назад во времени, является еще одним примером странностей квантового мира. Хотя этот эксперимент, продемонстрированный двумя исследовательскими группами, не имеет прямого практического применения, в конечном итоге он может повлиять на прогресс в создании квантовых компьютеров или даже помочь в развитии теории квантовой гравитации.


Котята Шредингера

В отличие от нашего одностороннего ощущения времени, законы квантового мира безразличны к тому, что происходит вокруг. В нём невозможно сварить яйцо, но зато можно изменить состояние фотона, проходящего через кристалл, что математически эквивалентно его путешествию в прошлое.

Еще одной причудой квантовой реальности является то, что квантовое состояние может принимать несколько значений одновременно, что называется суперпозицией, до тех пор, пока мы не захотим его измерить. Известным примером является «кот Шредингера». Это теоретический эксперимент, в котором кот в ящике может быть одновременно живым и мертвым, до тех пор, пока вы не откроете коробку.

В прошлом году Джулио Чирибелла из Оксфордского университета и его команда объединили эти две концепции, расширив математические представления о том, как может выглядеть суперпозиция процессов, идущих вперед и назад во времени. Они назвали это квантовым переворотом времени.

«В определенном смысле можно сказать, что квантовый переворот времени — это кошка Шредингера для вектора времени», — говорит Чирибелла. «Но забудем про понятия „живой“ или „мертвый“. Допустим вы агент, движущийся вперед или назад во времени, а некая квантовая частица, находящаяся в состоянии суперпозиции, может управлять эти процессом. Таким образом, подобно кошке, вы в конечном итоге оказались бы в когерентной суперпозиции прямого и обратного состояния. Другими словами, вы движетесь вперед и назад во времени одновременно».


В квантовом мире время может одновременно протекать в нескольких направлениях. Fidan/iStockPhoto/Getty Images

«Это кажется безумием, только на первый взгляд», — говорит Эрик Лутц из Штутгартского университета. «Квантовая механика допускает суперпозицию состояний — так почему нельзя допустить суперпозицию процессов?».

Теперь Чирибелла и его коллеги экспериментально продемонстрировали, что квантовый переворот времени действительно возможен. Команда разделила фотон на суперпозицию двух отдельных маршрутов. Один из них проходил через кристалл справа налево, а другой — слева направо. Если движение фотона справа налево происходит обычным образом, то перемещение слева направо влияет на поляризацию и ориентацию частицы света, точно так же, как если бы она двигалась назад во времени.

Из-за того, что фотон разделился, невозможно понять, по какому пути прошел фотон, так как он находится в суперпозиции обоих маршрутов. Но в конце этого процесса происходит рекомбинация расщепленного фотона и его поляризация. Повторив этот эксперимент необходимое количество раз, команда статистически доказала, что фотон может находиться в суперпозиции временных процессов.

Учёные из Венского университета (Австрия) во главе с Теодором Стрёмбергом провели аналогичный эксперимент, в котором продемонстрировали квантовый переворот времени. Обе команды попытались выяснить, где можно использовать это открытие. В 2021 году команда Чирибеллы поставила задачу изучить взаимосвязь между двумя квантовыми логическими воротами, в которых входы и выходы могут быть обратными, то есть могут вычисляться в любом направлении. При экспериментальной оценке обе команды обнаружили, что эта задача возможна для каждой пары логических ворот только в том случае, если доступен квантовый переворот времени.


Помещение частицы света в суперпозицию с одновременным переходом вперед и назад во времени может оказаться полезным для квантовых вычислений.

«Мы показали, что если есть возможность провести суперпозицию процесса и его инверсии времени, то появляется множество вычислительных задач, позволяющих обойти процессы, в которых время течет в известном направлении», — говорит Стрёмберг.

«Это действительно очень интересно. Сегодня мы получили новый инструмент, который является основой квантовой механики», — говорит Лутц. «Да, нам пока не понятно, как это можно использовать на практике, но принцип квантовой суперпозиции тоже не сразу стал ясен, однако сейчас он играет решающую роль в работе квантовых компьютеров, говорит Лутц. „Перспектива сделать нечто подобное, с суперпозицией прямого и обратного течения времени, является очень интригующей“.

»Это открытие позволит преодолеть одну из самых больших нерешенных проблем физики — объединить квантовую механику с нашим пониманием гравитации", — считает Люсьен Харди из Института Периметра. «Эта новая теория квантовой гравитации, мы ожидаем, что она будет каузально неопределенной», — говорит ученый, имея в виду, суперпозицию времени. «Необходимо более внимательно подумать об этих концепциях, о том, что мы подразумеваем под направлением времени.

Источники и ссылки: Journal New Scientist
https://arxiv.org/abs/2210.17046
https://arxiv.org/abs/2211.01283
https://www.newscientist.com/article/234654...simultaneously/