«Последовательность событий может стать квантово-механической», – сказал соавтор Игорь Пиковски, физик из Центра квантовой науки и техники Технологического института Стивенса. «Мы рассмотрели квантовый временной порядок, в котором нет различия между одним событием, вызывающим другое, и наоборот."
Работа, опубликованная в выпуске журнала Nature Communications от 22 августа, является одной из первых, раскрывающих квантовые свойства времени, согласно которым течение времени не наблюдает прямую стрелку вперед, а указывает на то, что причина и следствие могут сосуществовать одновременно. в прямом и обратном направлении.
В грядущую эру квантовых компьютеров эта работа имеет особые перспективы: квантовые компьютеры, которые используют квантовый порядок выполнения операций, могут превзойти устройства, которые работают с использованием только фиксированных последовательностей.
Чтобы продемонстрировать этот сценарий, Пиковски и его коллеги объединили две, казалось бы, противоречивые теории – квантовую механику и общую теорию относительности – и провели эксперимент Геданкена, способ использования воображения для исследования природы вещей. Команда, состоящая из Пиковски, Магдалены Зич, Фабио Коста и Часлава Брукнера, начала с вопроса: «Что бы измеряли часы, если бы на них воздействовал массивный объект в состоянии квантовой суперпозиции?.е. и близко, и далеко одновременно?"
Согласно общей теории относительности, присутствие массивного объекта замедляет течение времени, так что часы, помещенные рядом с массивным объектом, будут работать медленнее, чем идентичные часы, расположенные дальше.
Чтобы проиллюстрировать, что происходит, представьте себе пару звездолетов, готовящихся к миссии. Их просят стрелять друг в друга в указанное время и уклоняться от огня в другое время, при этом каждый корабль знает точное время, когда стрелять, а когда уклоняться. Если один из кораблей выстрелит слишком рано, он уничтожит другой, и это установит безошибочный временной порядок между событиями стрельбы.
Однако, если бы могущественный агент мог разместить достаточно массивный объект, скажем планету, ближе к одному кораблю, это замедлило бы его течение времени.
В результате корабль слишком поздно уклонится от огня и будет уничтожен.
Квантовая механика усложняет дело. При помещении планеты в состояние суперпозиции рядом с одним или другим кораблем оба могут быть уничтожены или выжить одновременно.
Последовательность событий существует в состоянии суперпозиции, так что каждый звездолет одновременно уничтожает другой.
Авторы впервые иллюстрируют, как может происходить этот квантовый сценарий и как его можно проверить. «Перемещать планеты сложно, – сказал Пиковски. "Но представление об этом помогло нам изучить квантовый аспект времени, который ранее был неизвестен."