«Мы воплотили в жизнь научную фантастику!»: физики доказали возможность путешествий во времени

Мигель Наваскуэс и Давид Трилло из Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук (ÖAW) провели ряд исследований совместно с Филипом Вальтером и группой экспериментальной физики Венского университета. Результаты их работы доказывают возможность «ускорения, замедления и обращения вспять течения времени в произвольных, даже неконтролируемых квантовых системах», сообщает El Pais. Эти процессы являются универсальными: они оказывают одинаковое воздействие на все частицы, независимо от их природы и взаимодействия с другими системами.

Исследователи квантовой физики сходятся во мнении, что привычные нам физические законы не объясняют субатомный мир, который формирует реальность на самых микроскопических уровнях. Эта невидимая вселенная представляет собой примеры суперпозиции (частица может находиться в одном состоянии, в другом или в обоих одновременно), запутанности (воздействие на одну частицу мгновенно влияет на другую, даже если они разделены огромным расстоянием), псевдотелепатии и телепортации.

Теперь команда ученых продемонстрировала, что квантовые частицы могут быть «омоложены» или возвращены в прежнее состояние. Чтобы объяснить суть открытия, Мигель Наваскуэс использует следующую аналогию: «В кинотеатре фильм показывается от начала до конца, независимо от того, чего хочет зритель. Но дома у нас есть пульт дистанционного управления — мы можем вернуться к предыдущей сцене или промотать на несколько сцен вперед».

Команда ÖAW разработала «протокол перемотки», который позволяет любой частице (электрону, протону или мюону) вернуться в предыдущее состояние. Трилло возглавил работу по доказательству этой способности, используя фотон, который эволюционирует, проходя через кристалл, и экспериментальное устройство под названием «квантовый переключатель».

«Это был один из самых сложных экспериментов, которые мы когда-либо проводили для одного фотона, — рассказал Вальтер. — Самое интересное, что частицы могут возвращаться в состояние, о котором вы ничего не знаете». Другими словами, вам не потребуется никакой информации «ни о системе, ни о ее внутренней динамике, ни даже о деталях взаимодействия между системой и экспериментатором».

По словам Наваскуэса, эксперимент основан на столетнем подходе к теории относительности Эйнштейна: «Близнец отправляется в космос на большой скорости, в то время как его брат или сестра остаются на Земле. Когда космический путешественник возвращается, он или она стареет меньше, чем тот, кто остался дома. Путешественник может утверждать, что его пребывание в космосе заняло меньше времени, чем было измерено на Земле».

По мнению ученых, это релятивистское явление «непрактично, поскольку для наблюдения значительных эффектов необходимы огромные количества энергии или близость к черной дыре». Оно также ограничено тем, что может замедлить время, но не повернуть его вспять или ускорить. Но команда хотела продемонстрировать, что «эти ограничения исчезают, когда человек покидает область классической релятивистской физики и попадает в область нерелятивистской квантовой механики».

Ученые утверждают, что именно это им и удалось сделать: «Мы представляем универсальный механизм, который, воздействуя на любой кубит, переводит его в состояние, в котором он находился до начала эксперимента».

Эксперимент был успешно проведен с частицами, способными хранить один бит информации. Повторить такой опыт с человеком не получится. «Если бы мы могли запереть человека в коробке с нулевым внешним воздействием, это было бы теоретически возможно. Но с имеющимися на сегодняшний день протоколами вероятность успеха была бы очень, очень низкой. Кроме того, время, необходимое для завершения процесса, зависит от количества информации, которую может хранить система. Человек — это физическая система, содержащая огромное количество информации. Чтобы омолодить человека менее чем на секунду, потребуются миллионы лет, так что это бессмысленно», — говорят исследователи.

«Если вы хотите вернуть частицу, способную хранить один бит информации, в ее состояние пять минут назад, то именно столько времени необходимо для завершения процесса», — пояснил Наваскуэс. Тот же принцип применим к «старению» частицы — ускоренной перемотке ее в другое состояние в будущем. «Если вы хотите, чтобы система состарилась на 10 лет, это займет 10 лет. Вы не можете создать время из ничего. Чтобы система состарилась на 10 лет за один год, нужно откуда-то взять остальные девять лет», — сказал Наваскуэс.

Используя эту логику, научная группа придумала трюк для ускорения времени: «Мы обнаружили, что можно передавать эволюционное время между идентичными физическими системами. В годичном эксперименте с 10 системами можно украсть по одному году у каждой из первых девяти систем и отдать их все десятой. В конце года десятая система постареет на 10 лет, а остальные девять останутся такими же, как в начале эксперимента».

Вальтер убежден, что это открытие имеет и практическое значение — «например, протокол перемотки в квантовых процессорах может быть использован для отмены нежелательных ошибок или событий».
Наваскуэс сомневается в практической пользе открытия, но все же считает исследование беспрецедентным успехом. «Мы воплотили в жизнь научную фантастику!» — говорит он.