캠브리지 대학의 연구원들은 양자 얽힘을 사용하여 과거로 여행하는 것과 유사한 시나리오를 시뮬레이션했습니다. 이를 통해 과거 행동을 소급하여 변경하여 현재 결과를 개선하는 것이 가능해집니다. 물리학자들은 가상의 시간 여행 모델을 시뮬레이션하면 표준 물리학으로는 해결할 수 없을 것 같았던 실험적 문제를 해결할 수 있음을 보여주었습니다. 도박꾼, 투자자, 양자 실험가가 시간의 화살을 구부릴 수 있다면 그들의 이점은 크게 증가하여 더 나은 결과로 이어질 것입니다.
케임브리지 대학의 연구자들은 입자가 본질적으로 서로 연결되도록 하는 양자 이론의 특징인 얽힘을 조작함으로써 사람이 시간을 거꾸로 여행할 수 있다면 어떤 일이 일어날지 시뮬레이션할 수 있음을 보여주었습니다. 따라서 어떤 경우에는 도박꾼, 투자자 및 양자 실험가가 과거 행동을 소급하여 변경하여 현재 결과를 개선할 수 있습니다.
과학자들은 이전에 그러한 시공간 루프가 존재한다면 어떻게 작동할지 모델링했지만 입자가 시간을 거슬러 이동할 수 있는지 여부는 물리학자들 사이에서 여전히 논란의 여지가 있는 주제로 남아 있습니다. 그들의 새로운 이론을 양자 계측학(매우 민감한 측정을 위한 양자 이론의 사용)과 연결함으로써 케임브리지 팀은 얽힘이 해결 불가능해 보이는 문제를 해결할 수 있음을 보여주었습니다. 이 연구는 10월 12일 Physical Review Letters 저널에 게재되었습니다.
"누군가에게 선물을 보내고 싶다고 상상해 보세요. 선물이 3일째에 도착하도록 하려면 첫날에 보내야 합니다. 그러나 그 사람의 위시 리스트는 둘째 날에만 받을 수 있습니다. 따라서 이러한 연대순 상황에서는 상대방이 원하는 선물이 무엇인지 미리 아는 것이 불가능하며 올바른 선물을 받았는지 확인하는 것도 불가능합니다."라고 Hitachi Cambridge Laboratory의 제1저자인 David Arvidsson-Shukur는 말했습니다.
"이제 다음 날 받은 위시리스트의 정보를 기반으로 첫날 보낸 선물을 변경할 수 있다고 상상해 보십시오. 우리의 시뮬레이션은 양자 얽힘 조작을 사용하여 이전 행동을 소급하여 변경하여 최종 결과가 원하는 것이 되도록 하는 방법을 보여줍니다."
시뮬레이션은 양자 얽힘을 기반으로 합니다. 이는 양자 입자가 공유할 수 있지만 일상 물리학의 지배를 받는 고전 입자는 공유할 수 없는 강력한 상관 관계를 포함합니다.
양자물리학의 특징은 두 입자가 서로 상호 작용할 수 있을 만큼 가까이 있으면 떨어져 있어도 연결 상태를 유지할 수 있다는 것입니다. 이것이 양자 컴퓨팅의 기초입니다. 상호 연결된 입자를 사용하여 기존 컴퓨터에서는 너무 복잡한 계산을 수행합니다.
NIST(National Institute of Standards and Technology)와 메릴랜드 대학의 연구원인 Nicole Yunger Halpern은 "우리 설계에서 실험자는 두 개의 입자를 서로 얽히게 합니다."라고 말했습니다. "첫 번째 입자는 실험에 사용하기 위해 전송됩니다. 새로운 정보를 얻은 후 실험자는 두 번째 입자를 조작하여 첫 번째 입자의 과거 상태를 효과적으로 변경함으로써 실험 결과를 변경합니다."
Arvidson-Shukur는 "효과는 매우 중요하지만 4번 중 1번만 발생합니다. 즉, 시뮬레이션은 75% 실패합니다. 그러나 좋은 소식은 실패하면 알 수 있다는 것입니다. 선물 비유를 계속하면 4번 중 1번은 원하는 선물(예: 바지)이고 또 다른 경우에는 잘못된 크기, 잘못된 색상 또는 재킷의 바지입니다."라고 Arvidson-Shukur는 말했습니다.
이론가들은 자신의 모델을 기술과 관련되게 만들기 위해 이를 양자 계측과 연결했습니다. 일반적인 양자 계측 실험에서는 광자(빛의 작은 입자)를 관심 샘플에 비추고 특수 카메라로 기록합니다. 실험이 효과적이려면 샘플에 도달하기 전에 광자가 어떤 방식으로든 준비되어야 합니다. 연구자들은 광자가 샘플에 도달한 후 가장 잘 준비하는 방법을 배우더라도 시뮬레이션된 시간 여행을 사용하여 원래 광자를 소급하여 변경할 수 있음을 보여주었습니다.
높은 실패 가능성을 상쇄하기 위해 이론가들은 얽힌 광자를 대량으로 보낼 것을 제안합니다. 이때 일부는 결국 올바른 최신 정보를 전달하게 됩니다. 그런 다음 필터를 사용하여 올바른 광자가 카메라를 통과하는지 확인하고 필터는 나머지 '불량' 광자를 거부합니다.
공동 저자인 Aidan McConnell은 캠브리지의 Cavendish Laboratory에서 석사 학위를 공부하는 동안 연구를 수행했으며 현재 ETH Zurich에서 박사 과정을 밟고 있습니다. "선물 보내는 비용이 저렴하다고 가정하면 첫날에는 많은 소포를 보낼 수 있습니다. 둘째 날에는 어떤 선물을 보내야 하는지 알 수 있습니다. 셋째 날에 소포가 도착하면 선물 4개 중 하나가 정확하며, 받는 사람에게 어떤 특급을 버려야 하는지 알려줌으로써 이 선물을 선택합니다."
Arvidson-Shukur는 "우리 실험이 성공하려면 필터가 필요하다는 사실이 실제로 안심이 됩니다."라고 말했습니다. "우리의 시간 여행 시뮬레이션이 매번 성공한다면 세상은 매우 이상한 곳이 될 것입니다. 상대성 이론과 우리가 우주를 이해하기 위해 의존하는 모든 이론은 더 이상 존재하지 않을 것입니다. 시간 여행 기계 대신 우리가 제안하는 것은 양자 역학의 기본에 대한 심층 분석입니다. 이러한 시뮬레이션을 통해 시간을 거슬러 올라가 과거를 바꿀 수는 없지만 어제의 문제를 해결하여 더 나은 내일을 만들 수 있습니다."