Le simulazioni di 'viaggi nel tempo inversi' possono migliorare gli esperimenti scientifici.

12 ottobre 2023

Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità del contenuto:

• verifica dei fatti
• pubblicazione sottoposta a revisione paritaria
• fonte affidabile
• correzione di bozze

dall'Università di Cambridge

I fisici hanno dimostrato che la simulazione di modelli di viaggio nel tempo ipotetici può risolvere problemi sperimentali che sembrano impossibili da risolvere utilizzando la fisica standard.

Se i giocatori d'azzardo, gli investitori e gli sperimentatori quantistici potessero piegare la freccia del tempo, il loro vantaggio sarebbe significativamente maggiore, portando a risultati significativamente migliori.

Ricercatori dell'Università di Cambridge hanno dimostrato che manipolando l'entanglement - una caratteristica della teoria quantistica che provoca il collegamento intrinseco delle particelle - possono simulare ciò che potrebbe accadere se si potesse viaggiare a ritroso nel tempo. In questo modo i giocatori d'azzardo, gli investitori e gli sperimentatori quantistici potrebbero, in alcuni casi, cambiare retroattivamente le loro azioni passate e migliorare i risultati nel presente.

Se le particelle possono viaggiare a ritroso nel tempo è un argomento controverso tra i fisici, anche se in passato gli scienziati hanno simulato modelli di come tali loop dello spaziotempo potrebbero comportarsi se esistessero. Collegando la loro nuova teoria alla metrologia quantistica, che utilizza la teoria quantistica per effettuare misurazioni altamente sensibili, il team di Cambridge ha dimostrato che l'entanglement può risolvere problemi altrimenti impossibili.

Lo studio è pubblicato su Physical Review Letters.

"Immagina di voler inviare un regalo a qualcuno: devi inviarlo il primo giorno per assicurarti che arrivi il terzo giorno", ha detto l'autore principale David Arvidsson-Shukur, del Cambridge Hitachi Laboratory. "Tuttavia, ricevi la lista dei desideri di quella persona solo il secondo giorno. Quindi, in questo scenario di rispetto della cronologia, è impossibile sapere in anticipo cosa vorranno come regalo e assicurarsi di inviare quello giusto".

"Ora immagina di poter cambiare ciò che invii il primo giorno con le informazioni dalla lista dei desideri ricevuta il secondo giorno. La nostra simulazione utilizza la manipolazione dell'entanglement quantistico per mostrare come potresti cambiare retroattivamente le tue azioni precedenti per garantire che l'outcome finale sia quello desiderato".

La simulazione si basa sull'entanglement quantistico, che consiste in forti correlazioni che le particelle quantistiche possono condividere e le particelle classiche - quelle regolate dalla fisica di tutti i giorni - non possono.

La particolarità della fisica quantistica è che se due particelle sono abbastanza vicine tra loro da interagire, possono rimanere collegate anche quando sono separate. Questo è alla base dei calcoli quantistici - lo sfruttamento delle particelle collegate per eseguire calcoli troppo complessi per i computer classici.

"Nella nostra proposta, un sperimentatore mette in entanglement due particelle", ha detto la co-autrice Nicole Yunger Halpern, ricercatrice presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) e l'Università del Maryland. "La prima particella viene quindi inviata per essere utilizzata in un esperimento. Quando si ottengono nuove informazioni, il sperimentatore manipola la seconda particella per alterare efficacemente lo stato passato della prima particella, cambiando l'outcome dell'esperimento".

"L'effetto è notevole, ma accade solo una volta su quattro", ha detto Arvidsson-Shukur. "In altre parole, la simulazione ha il 75% di possibilità di fallimento. Ma la buona notizia è che lo sai se hai fallito. Se rimaniamo con la nostra analogia del regalo, una volta su quattro, il regalo sarà quello desiderato (ad esempio un paio di pantaloni), un'altra volta sarà un paio di pantaloni ma della taglia sbagliata, del colore sbagliato o sarà una giacca".

Per rendere il loro modello rilevante per le tecnologie, i teorici lo hanno collegato alla metrologia quantistica. In un esperimento comune di metrologia quantistica, fotoni - piccole particelle di luce - vengono proiettati su un campione di interesse e poi registrati con un tipo speciale di telecamera. Se questo esperimento deve essere efficiente, i fotoni devono essere preparati in un certo modo prima di raggiungere il campione.

I ricercatori hanno dimostrato che anche se imparano come preparare al meglio i fotoni solo dopo che i fotoni hanno raggiunto il campione, possono utilizzare simulazioni di viaggio nel tempo per cambiare retroattivamente i fotoni originali.

Per contrastare l'alta probabilità di errore, i teorici propongono di inviare un enorme numero di fotoni entangled, sapendo che alcuni alla fine porteranno le informazioni corrette e aggiornate. Poi utilizzerebbero un filtro per assicurarsi che i fotoni corretti passino alla telecamera, mentre il filtro scarta il resto dei fotoni "cattivi".

'Consider our earlier analogy about gifts,' said co-author Aidan McConnell, who carried out this research during his master's degree at the Cavendish Laboratory in Cambridge, and is now a Ph.D. student at ETH, Zürich. 'Let's say sending gifts is inexpensive and we can send numerous parcels on day one. On day two we know which gift we should have sent. By the time the parcels arrive on day three, one out of every four gifts will be correct, and we select these by telling the recipient which deliveries to throw away.'

'That we need to use a filter to make our experiment work is actually pretty reassuring,' said Arvidsson-Shukur. 'The world would be very strange if our time-travel simulation worked every time. Relativity and all the theories that we are building our understanding of our universe on would be out of the window.'

'We are not proposing a time travel machine, but rather a deep dive into the fundamentals of quantum mechanics. These simulations do not allow you to go back and alter your past, but they do allow you to create a better tomorrow by fixing yesterday's problems today.'

Journal information: Physical Review Letters

Provided by University of Cambridge