Les simulations de « voyage dans le temps » peuvent améliorer les expériences scientifiques

Si les joueurs, les investisseurs et les expérimentateurs quantiques pouvaient plier la flèche du temps, leur avantage serait considérablement plus élevé, conduisant à des résultats bien meilleurs.

Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont montré qu’en manipulant l’intrication – une caractéristique de la théorie quantique qui fait que les particules sont intrinsèquement liées – ils peuvent simuler ce qui pourrait se produire si l’on pouvait voyager en arrière dans le temps. De sorte que les joueurs, les investisseurs et les expérimentateurs quantiques pourraient, dans certains cas, modifier rétroactivement leurs actions passées et améliorer leurs résultats présents.

La question de savoir si les particules peuvent voyager à rebours dans le temps est un sujet controversé parmi les physiciens, même si les scientifiques ont déjà simulé des modèles sur la façon dont de telles boucles spatio-temporelles pourraient se comporter si elles existaient. En reliant leur nouvelle théorie à la métrologie quantique, qui utilise la théorie quantique pour effectuer des mesures très sensibles, l’équipe de Cambridge a montré que l’intrication peut résoudre des problèmes qui autrement semblent impossibles. L’étude paraît dans Lettres d’examen physique.

“Imaginez que vous souhaitiez envoyer un cadeau à quelqu’un : vous devez l’envoyer le premier jour pour être sûr qu’il arrive le troisième jour”, a déclaré l’auteur principal David Arvidsson-Shukur, du laboratoire Hitachi de Cambridge. ” Cependant, vous ne recevez la liste de souhaits de cette personne que le deuxième jour. Donc, dans ce scénario respectueux de la chronologie, il vous est impossible de savoir à l’avance ce qu’elle voudra comme cadeau et de vous assurer que vous lui envoyez le bon.

“Imaginez maintenant que vous puissiez modifier ce que vous envoyez le premier jour avec les informations de la liste de souhaits reçue le deuxième jour. Notre simulation utilise la manipulation de l’intrication quantique pour montrer comment vous pouvez modifier rétroactivement vos actions précédentes pour garantir que le résultat final est celui que vous souhaitez. “.

La simulation est basée sur l’intrication quantique, qui consiste en de fortes corrélations que les particules quantiques peuvent partager et que les particules classiques – celles régies par la physique quotidienne – ne peuvent pas partager.

La particularité de la physique quantique est que si deux particules sont suffisamment proches l’une de l’autre pour interagir, elles peuvent rester connectées même lorsqu’elles sont séparées. C’est la base de l’informatique quantique : l’exploitation de particules connectées pour effectuer des calculs trop complexes pour les ordinateurs classiques.

“Dans notre proposition, un expérimentateur enchevêtre deux particules”, a déclaré la co-auteure Nicole Yunger Halpern, chercheuse au National Institute of Standards and Technology (NIST) et à l’Université du Maryland. “La première particule est ensuite envoyée pour être utilisée dans une expérience. Après avoir obtenu de nouvelles informations, l’expérimentateur manipule la deuxième particule pour modifier efficacement l’état passé de la première particule, modifiant ainsi le résultat de l’expérience.”

“L’effet est remarquable, mais cela n’arrive qu’une fois sur quatre !” » a déclaré Arvidsson-Shukur. “En d’autres termes, la simulation a 75% de chances d’échouer. Mais la bonne nouvelle, c’est que vous savez si vous avez échoué. Si on reste avec notre analogie avec le cadeau, une fois sur quatre, le cadeau sera celui désiré.” par exemple un pantalon), une autre fois ce sera un pantalon mais de mauvaise taille, ou de mauvaise couleur, ou ce sera une veste.”

Pour donner à leur modèle une pertinence technologique, les théoriciens l’ont connecté à la métrologie quantique. Dans une expérience courante de métrologie quantique, des photons – de petites particules de lumière – sont projetés sur un échantillon d’intérêt, puis enregistrés avec un type spécial de caméra. Pour que cette expérience soit efficace, les photons doivent être préparés d’une certaine manière avant d’atteindre l’échantillon. Les chercheurs ont montré que même s’ils apprennent à préparer au mieux les photons seulement après que ceux-ci ont atteint l’échantillon, ils peuvent utiliser des simulations de voyage dans le temps pour modifier rétroactivement les photons d’origine.

Pour contrecarrer les risques élevés d’échec, les théoriciens proposent d’envoyer un grand nombre de photons intriqués, sachant que certains d’entre eux finiront par transporter les informations correctes et mises à jour. Ensuite, ils utiliseraient un filtre pour garantir que les bons photons passent à la caméra, tandis que le filtre rejette le reste des « mauvais » photons.

“Considérez notre analogie précédente sur les cadeaux”, a déclaré le co-auteur Aidan McConnell, qui a mené cette recherche pendant son master au laboratoire Cavendish de Cambridge et qui est maintenant doctorant à l’ETH de Zurich. “Disons que l’envoi de cadeaux est peu coûteux et que nous pouvons envoyer de nombreux colis dès le premier jour. Le deuxième jour, nous savons quel cadeau nous aurions dû envoyer. Au moment où les colis arrivent le troisième jour, un cadeau sur quatre sera correct, et nous les sélectionnons en indiquant au destinataire quelles livraisons jeter.

“Le fait que nous ayons besoin d’utiliser un filtre pour que notre expérience fonctionne est en fait plutôt rassurant”, a déclaré Arvidsson-Shukur. “Le monde serait très étrange si notre simulation de voyage dans le temps fonctionnait à chaque fois. La relativité et toutes les théories sur lesquelles nous construisons notre compréhension de notre univers seraient par la fenêtre.

“Nous ne proposons pas une machine à voyager dans le temps, mais plutôt une plongée profonde dans les principes fondamentaux de la mécanique quantique. Ces simulations ne vous permettent pas de revenir en arrière et de modifier votre passé, mais elles vous permettent de créer un avenir meilleur en résolvant les problèmes d’hier. aujourd’hui.”

Ce travail a été soutenu par la Fondation Suède-Amérique, la Fondation commémorative Lars Hierta, le Girton College et le Conseil de recherche en ingénierie et en sciences physiques (EPSRC), qui fait partie de la recherche et de l’innovation britanniques (UKRI).