Квантовая машина времени разрешает парадокс убийства дедушки
Что бы ни происходило с хорошим главным храбрецом стандартного боевика, мы заблаговременно знаем — он выживет. Закон жанра.
Сейчас учёные обосновали подобный закон природы для перемещений во времени. В случае если догадка верна, путешественнику ни при каких обстоятельствах не удастся убить собственного дедушку в прошлом: что-нибудь в обязательном порядке отклонит пулю, нож либо кирпич в последний момент.
Любопытную картину нарисовали эксперт по квантовым вычислениям Сет Ллойд (Seth Lloyd) из Массачусетского технологического университета (MIT) и его коллеги из америки, японии и Италии.
Возможность построения машины времени они вывели, исследуя с позиций квантовой механики (КМ) замкнутые времениподобные кривые (closed timelike curve — CTC). Это такие мировые линии, что приводят материальную частицу в исходную точку.
В определённых условиях CTC могут служить отражением путешествий во времени. Действительно, авторы разглядывали такие «вояжи» применительно не к макроскопическим телам, а лишь только к квантовым частицам, но принципиально это ничего не меняет.
Поупражнявшись на частицах, возможно перенести рассуждения на путешествия во времени по большому счету.
Самая последняя версия киношной машины времени – комедия Hot Tub Time Machine (2010 год). Как светло из заглавия, «аппарат» для движения представляет собой тёплую ванну.
Везёт сценаристам, возможно придумывать что угодно. Учёным же приходится «придумывать» с оглядкой на узнаваемые законы природы (кадр с сайта imdb.com).
Для корректной работы собственной машины времени Ллойд решил задействовать одну из «волшебных» сторон КМ — «постселекцию» либо «последующий выбор» (postselection).
В теории возможности «последующий выбор» — это инструмент действия на вероятностно е пространство. Он определяет возможность одного события при условии, что второе уже случилось.
В квантовых вычислениях, в которых, как и во всей квантовой механике, теория возможности играется не последнюю роль, термин postselection свидетельствует непроизвольный выбор верного ответа из великого множества вероятных.
«Мы сохраняем надежду, что теория P-CTC окажется нужной при разработке теории квантовой гравитации», – пишут Ллойд и его коллеги. Кстати, в собственной книге «Программирование Вселенной» (Programming the Universe) Сет Ллойд разглядывал саму Вселенную как громадный квантовый компьютер и обосновывал предположение, что на квантовом компьютере, теоретически, возможно было бы эмулировать полную модель всей Вселенной, тем самым осознав её до конца (фото с сайта edge.org).
До тех пор пока никто с полной уверенностью не имеет возможности сообщить, как достигнуть таких расчётов на практике, но КМ помой-му этот эффект не запрещает, что вселяет оптимизм в разработчиков квантовых компьютеров. Но данный вывод ещё зависит от тонкостей в интерпретации самой КМ, но так мы уйдём на большом растоянии в сторону.
Скрестив принцип постселекции с CTC, теоретики взяли постселективные замкнутые времениподобные кривые (P-CTC), владеющие рядом увлекательных особенностей.
Следующим шагом было сплавление P-CTC с принципом квантовой телепортации — и вот готова машина времени по Ллойду.
Принцип «послевыбора» приводит в ней к увлекательному эффекту: квантово телепортироваться может лишь та частица, перемещение которой не приведёт к несоответствиям в «потоке истории».
(Растолковывающие данный принцип операции над квантовыми состояниями Ллойд со товарищи скрупулёзно расписали в статье на arXiv.org.)
Принципиальное отличие простой квантовой телепортации (a) и постселективной телепортации (b, смотрите рисунок внизу).
Путешествие частицы в прошлое по Ллойду (пояснения в тексте) (иллюстрация Seth Lloyd et al.).
В первом случае дело обстоит так. Боб и Алиса начинают опыт с разделения между собой запутанной пары частиц (условно M и V, соединены дугой в виде громадной буквы U).
У них, увидим, нет личного квантового состояния – оно одно на двоих (состояние Белла).
Потом Алиса делает измерения над двумя частицами, одна из которых – добрая половина от поделённой ранее пары, а вторая, с малоизвестным квантовым состоянием |ψ, это та, которую нужно телепортировать. Алиса передаёт итог измерения Бобу, что проводит над собственной частицей последовательность преобразований в соответствии с законами КМ и приобретает из неё частицу с состоянием |ψ.
Постселективная квантовая телепортация подразумевает, что добрая половина состояния Белла U вместе с |ψ образуют новое состояние Белла, отражённое дугой в виде громадной n. Это ведет к необходимости того, что вторая добрая половина U – практически имеется исходное состояние |ψ, но находящееся в точке времени, в которой оно, |ψ, ещё не было достигнуто (не было доступно). Практически это указывает квантовую телепортацию |ψ в прошлое. t обозначает стрелу времени.
Вертикальные линии от U и n в интерпретации авторов схемы это ещё и собственного рода отражения мировых линий совокупностей (либо частиц), часть из которых попадает в петлю CTC, а часть избегает её.
«Квантовые путешествия во времени смогут иметь место кроме того в отсутствие хорошего пути из будущего в прошлое, — говорят авторы новой работы. — Так как теория P-CTC опирается на постселекцию, она снабжает самосогласованное разрешение парадоксов: всё, что происходит в P-CTC, кроме этого может случиться и в простой квантовой механике с некоей конечной возможностью».
Иными словами, всё, что может произойти по окончании запуска машины времени, — имело возможность бы случиться и без неё. Либо напротив — по окончании запуска автомобили не имеет возможности произойти ничего, что привело бы к парадоксу.
Скажем, если вы отправились в прошлое, дабы убить дедушку, тем самым вы вычеркнете собственное последующее рождение, соответственно, и собственное это путешествие в прошлое, а следовательно, и убийство дедушки, и потому однако родитесь, дабы отправиться в прошлое… Это и имеется парадокс.
В соответствии с же Ллойду сама природа позаботится о цензуре парадоксов. Так что, если вы однако выстроите машину времени и полетите на ней в прошлое с коварным планом, то кyпите в магазине бракованный револьвер, а если не бракованный, то дефектный патрон, а если не дефектный, то опоздаете на необходимый поезд, а вдруг нет, то промахнётесь, а вдруг прицелитесь совершенно верно — с крыши упадёт камень и собьёт пулю с траектории.
И без того потом до бесконечности. В общем, дедушку вы не убьёте, для вас он будет «супергерой в хорошем голливудском боевике».
Это предположение о «самообороне» Вселенной от парадоксов Ллойд и его команда удостоверились в надежности в опытах с группой фотонов. Они не отправляли их в прошлое, но, комбинируя квантовые состояния, приближали их к обстановке, которая была бы для частиц аналогична парадоксу с убийством дедушки.
Оказалось, что чем ближе к парадоксальному состоянию физики подводили всю совокупность частиц, тем реже удавался данный опыт. Это привело учёных к выводу, что путешествия во времени имели возможность бы иметь сходный естественный «предохранитель».
Ещё одним привлекательным моментом новой «автомобили» есть то, что для её работы нет необходимости завлекать червоточины, недра чёрных дыр, отрицательную энергию и экзотическую материю. «В полной мере быть может, что частицы и, в принципе, человек смогут перемещаться по туннелю из будущего в прошлое», — оптимистично заключают исследователи.
