استخدم الباحثون في جامعة كامبريدج التشابك الكمي لمحاكاة سيناريو يشبه السفر عبر الزمن إلى الوراء. فهو يسمح بتعديل الإجراءات الماضية للأمام، مما يؤدي إلى تحسين النتائج الحالية.

أظهر الفيزيائيون أن محاكاة نماذج السفر الافتراضي عبر الزمن يمكن أن تحل المشكلات التجريبية التي تبدو مستعصية على الحل باستخدام الفيزياء القياسية.

إذا تمكن المقامرون، والمستثمرون، ومجربو الكم من ثني سهم الزمن، فإن ميزتهم ستكون أعلى بكثير، مما يؤدي إلى نتائج أفضل بكثير.

ومن خلال التلاعب بالتشابك – وهو جانب من نظرية الكم الذي يربط الجسيمات بطبيعتها – تمكن الباحثون في جامعة كامبريدج من محاكاة ما يمكن أن يحدث إذا سافر المرء عبر الزمن إلى الوراء. لذلك يمكن للمقامرين والمستثمرين ومجربي الكم، في بعض الحالات، عكس أفعالهم الماضية وتحسين نتائجهم في الوقت الحاضر.

المحاكاة والحلقات الزمنية

ما إذا كانت الجسيمات يمكنها السفر إلى الوراء عبر الزمن هو موضوع مثير للجدل بين الفيزيائيين، ولكن العلماء قبل نماذج محاكاة لكيفية تصرف حلقات الزمكان هذه إذا كانت موجودة. ومن خلال الجمع بين نظريتهم الجديدة وعلم القياس الكمي، الذي يستخدم نظرية الكم لإجراء قياسات حساسة للغاية، أظهر فريق كامبريدج أنهم قادرون على حل المشكلات التي تبدو مستحيلة. ونشرت الدراسة في 12 أكتوبر في المجلة رسائل المراجعة البدنية.

وقال المؤلف الرئيسي ديفيد أرفيدسون-شوكور من مختبرات هيتاشي كامبريدج: “تخيل أنك تريد إرسال هدية لشخص ما. ومع ذلك، فإنك تحصل على قائمة أمنيات هذا الشخص فقط في اليوم الثاني. لذا، في هذا الموقف الذي يحترم الجدول الزمني، عليك أن تعرف مسبقًا ما هي الأشياء التي تريدها”. إنهم يريدون كهدية أمر مهم.” ومن المستحيل التأكد من إرسال الهدية الصحيحة.

“تخيل الآن أنه يمكنك استبدال ما ترسله في اليوم الأول بالمعلومات الموجودة في قائمة الرغبات التي تصلك في اليوم الثاني. تستخدم محاكاتنا معالجة التشابك الكمي لإظهار كيف يمكنك تعديل أفعالك السابقة لضمان النتيجة النهائية التي تريدها.

فهم التشابك الكمي

تعتمد المحاكاة على التشابك الكمي، الذي يتكون من تفاعلات قوية تشترك فيها الجسيمات الكمومية ولا يمكن التحكم فيها بواسطة الجسيمات الكلاسيكية – الفيزياء اليومية.

ما يميز فيزياء الكم هو أنه إذا كان هناك جسيمان قريبان بدرجة كافية للتفاعل مع بعضهما البعض، فإنهما سيبقيان معًا حتى لو تم فصلهما. هذا هو الأساس الاحصاء الكمية – استخدام الجسيمات المتشابكة لإجراء عمليات حسابية معقدة للغاية بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.

وقالت الباحثة نيكول أنغر هالبيرن من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وجامعة ميريلاند: “في مشروعنا، يقوم أحد المجربين باحتجاز جسيمين”. “يتم بعد ذلك إرسال الجسيم الأول لاستخدامه في التجربة. عند تلقي معلومات جديدة، يستبدل المجرب بشكل فعال الحالة السابقة للجسيم الأول بالجسيم الثاني، مما يغير نتيجة التجربة.

“التأثير رائع، لكنه يحدث مرة واحدة فقط من كل أربع مرات!” قال أرفيدسون-شوكور. “وبعبارة أخرى، هناك احتمال بنسبة 75% للفشل في المحاكاة. لكن الخبر السار هو أنك ستعرف إذا فشلت. إذا التزمنا بتشبيهنا بالجائزة، مرة واحدة من كل أربع مرات، ستكون الجائزة هي الجائزة المرغوبة. (بنطلون مثلاً)، وفي مرة أخرى سيكون بنطالًا، لكن الخطأ.” بمقاس أو لون خاطئ، أو يمكن أن يكون سترة.

التطبيقات العملية والقيود

ولإعطاء التكنولوجيا أهميتها النموذجية، قام المنظرون بدمجها مع علم القياس الكمي. في تجربة القياس الكمي النموذجية، يتم تسليط الفوتونات – وهي جزيئات صغيرة من الضوء – على عينة محل الاهتمام ثم يتم تسجيلها باستخدام نوع خاص من الكاميرا. ولكي تكون هذه التجربة فعالة، يجب تحضير الفوتونات بطريقة معينة قبل وصولها إلى العينة. أظهر الباحثون أنه بإمكانهم استخدام محاكاة السفر عبر الزمن لإجراء هندسة عكسية للفوتونات الأصلية، حتى لو تعلموا كيفية إعداد الفوتونات بشكل أفضل بعد وصولها إلى العينة.

ولمواجهة احتمال الفشل الكبير، يقترح المنظرون إرسال أعداد كبيرة من الفوتونات المعقدة، مع العلم أن بعضها سيحمل في النهاية معلومات صحيحة ومحدثة. ويستخدمون مرشحًا لضمان وصول الفوتونات الصحيحة إلى الكاميرا، بينما يرفض المرشح الفوتونات “السيئة” المتبقية.

وقال المؤلف المشارك إيدان ماكونيل، الذي أجرى البحث خلال درجة الماجستير في مختبر كافنديش في كامبريدج وهو الآن طالب دكتوراه في المعهد الفدرالي للتكنولوجيا في زيوريخ: “فكر في تشبيهنا السابق بشأن الهدايا”. “لنفترض أن إرسال الهدايا رخيص، ويمكن إرسال الكثير من الطرود في اليوم الأول. وفي غضون يومين ستعرف الهدية التي كان ينبغي إرسالها. بحلول اليوم الثالث من وصول الطرود، تكون هدية واحدة من كل أربع هدايا صحيحة، ونختارها عن طريق إخبار المستلم بالتسليم الذي يجب التخلص منه.

وقال أرفيدسون شكور: “إنه في الواقع أمر واعد للغاية أن اختبارنا يحتاج إلى استخدام مرشح للعمل”. “سيكون العالم غريبًا جدًا إذا نجحت محاكاة السفر عبر الزمن في كل مرة. النسبية وجميع النظريات التي تشكل فهمنا لكوننا ستكون خارج النافذة.

“نحن لا نقدم آلة سفر عبر الزمن، بل نغوص عميقًا في أساسيات ميكانيكا الكم. هذه المحاكاة لا تسمح لك بالعودة وتغيير ماضيك، ولكنها تسمح لك بخلق غد أفضل من خلال إصلاح أخطاء الأمس”. مشاكل اليوم.”

ملحوظة: ديفيد ر. م. أرفيدسون-شوكور، إيدان ج. ماكونيل ونيكول يونغر هالبيرن، 12 أكتوبر 2023، “عدم قابلية القياس التي أنشأتها المحاكاة الكمومية للمنحنيات الافتراضية المغلقة الشبيهة بالزمن” رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/PhysRevLett.131.150202

تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة السويد الأمريكية، ومؤسسة لارس هيردا التذكارية، وكلية كيرتون، ومجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية (EPSRC)، وهو جزء من المملكة المتحدة للبحث والابتكار (UKRI).