Wie sich die Zeit gewendet hat (und was nicht) Quantenphysiker

Physiker haben überzeugt Lichtteilchen durchlaufen gleichzeitig entgegengesetzte Transformationen, wie zum Beispiel die Transformation eines Menschen in einen Werwolf, wo sich ein Wolf in einen Menschen verwandelt. In sorgfältig entworfenen Schaltkreisen verhalten sich Photonen, als ob die Zeit in einem Quantendurcheinander aus Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen fließt.

„Zum allerersten Mal überhaupt haben wir so etwas wie eine Zeitreisemaschine, die in beide Richtungen geht“, sagte er. Sonja Frank Arnoldein Quantenphysiker an der University of Glasgow in Schottland, der nicht an der Forschung beteiligt war.

Leider hat die Hardware für Sci-Fi-Fans nichts gemein mit dem DeLorean von 1982. Während der Experimente, die von zwei unabhängigen Teams in China und Österreich durchgeführt wurden, tickten die Laborstunden stetig weiter. Nur die Photonen, die durch die Schaltung fließen, leiden unter Zeitbetrug. Selbst für Photonen diskutieren Forscher darüber, ob das Umdrehen des Zeitpfeils real oder eine Simulation ist.

So oder so könnte das rätselhafte Phänomen zu neuen Arten der Quantentechnologie führen.

„Sie können sich Kreise vorstellen, in denen Ihre Informationen in beide Richtungen fließen können“, sagte er. Julia RubinForscher an der University of Bristol.

alles jederzeit auf einmal

Physiker erkannten erstmals vor einem Jahrzehnt, dass die seltsamen Regeln der Quantenmechanik logische Vorstellungen von Zeit auf den Kopf stellten.

Der Kern der Quantenverrücktheit ist folgender: Wenn Sie nach einem Teilchen suchen, werden Sie es immer an einer punktartigen Stelle entdecken. Doch bevor es gemessen werden kann, verhält sich das Teilchen wie eine Welle. Es hat eine „Wellenfunktion“, die sich über mehrere Pfade ausbreitet und kräuselt. In diesem unbestimmten Zustand existiert das Teilchen in einem Quantendurcheinander möglicher Orte, die als a bekannt sind Überlappung.

In Papier erschienen 2013, Julio Chiribella, ein Physiker, der jetzt an der Universität von Hongkong arbeitet, schlugen die Co-Autoren eine Schaltung vor, die Ereignisse in eine Überlagerung zeitlicher Ordnungen versetzt und den Schritt der Überlagerung von Orten im Raum umgeht. Vier Jahre später, Rubino und ihre Kollegen direkt empirisch Die Idee. Sie schickten ein Photon durch eine Überlagerung von zwei Pfaden: einen, wo Ereignis A Ereignis B, dann Ereignis B erlebte, und den anderen, wo B dann A erlebte. In gewisser Weise schien jedes Ereignis das andere zu verursachen, ein Phänomen, das später genannt wurde Nicht näher bezeichnete Ursache.

Chiribella und sein Kollege Zexuan Liu begnügten sich nicht damit, im Laufe der Zeit einfach an der Reihenfolge der Ereignisse herumzuspielen, sondern zielten für die Zeit selbst auf die Marschrichtung oder den Pfeil ab. Sie suchten nach einem Quantengerät, in dem die Zeit in eine Superposition eintritt, die von der Vergangenheit in die Zukunft und zurück fließt – ein unbestimmter Zeitpfeil.

Um dies zu erreichen, erkannten Chiribella und Liu, dass sie ein System brauchten, das gegensätzliche Änderungen erfahren konnte, wie etwa ein Metronom, das seinen Arm nach links oder rechts schwingen konnte. Sie stellten sich vor, ein solches System in einen Überlagerungszustand zu versetzen, ähnlich wie ein Musiker einen Quantenbeschleuniger gleichzeitig nach links und rechts bewegt. Sie Schemabeschreibung Ein solches System im Jahr 2020 zu etablieren.

Die Optik-Zauberer begannen sofort damit, Duellpfeile für Zeit im Labor zu bauen. Im vergangenen Herbst meldeten zwei Teams Erfolge.

Zweimaliges Spiel

Chiribella und Liu entwickeln ein Spiel, das nur ein Quantentimer überlisten kann. Um das Spiel mit Licht zu spielen, müssen Photonen durch zwei Kristallwerkzeuge, A und B, geschossen werden. Wenn man vorwärts durch ein Werkzeug geht, dreht sich die Polarisation des Photons um einen Betrag, der von den Einstellungen des Geräts abhängt. Beim Rückwärtsgang durch das Instrument dreht sich die Polarisation genau in die entgegengesetzte Richtung.

Vor jeder Runde des Spiels stellt der Schiedsrichter die Instrumente heimlich auf eine von zwei Arten ein: Der Pfad vorwärts durch A, dann rückwärts durch B, verschiebt entweder die Wellenfunktion des Photons relativ zum zeitumgekehrten Pfad (rückwärts durch A , dann vorwärts durch B), oder es wird es nicht tun. Der Spieler muss die Entscheidung des Schiedsrichters kennen. Nachdem der Spieler die Werkzeuge und andere visuelle Elemente nach Belieben angeordnet hat, schickt er ein Photon durch das Labyrinth und teilt es möglicherweise mithilfe eines halbsilbernen Spiegels in eine Zwei-Wege-Überlagerung auf. Das Photon landet in einem der beiden Detektoren. Wenn der Spieler sein Labyrinth klug genug aufgebaut hat, wird die Bewegung des Detektors, der das Photon enthält, die Entscheidung des Richters offenbaren.