11 월, 매사추세츠 공과 대학의 건설 노동자들은 942 년이 지난 타임 캡슐을 발견했습니다. 1957 년에 묻히고 2957 년에 의도 된 캡슐은 내용물을 보존하기 위해 불활성 가스로 채워진 유리 실린더였습니다. 미래의 연구자들이 화석과 데이트하는 방법을 매장의 해를 확인할 수 있도록 Carbon-14로 묶여있었습니다. MIT 관리자는 수리, 재검토 및 재건 할 계획입니다. 그러나 미래에 대한 메시지가 그 시간 전에 읽지 않을 것이라고 확신 할 수 있습니까?
양자 물리학은 방법을 제공합니다. 2012 년 호주 퀸즐랜드 대학교의 물리학자인 Jay Olson과 Timothy Ralph는 미래의 특정 순간에만 해독 할 수 있도록 데이터를 암호화하는 절차를 마련했습니다. 그들의 계획은 Quantum Entanglement, 전자기장과 같은 분야의 입자 또는 가리노가 별도의 정체성을 흘리고 공유 된 존재를 가정하고 특성이 서로 상관 관계가된다. 일반적으로 물리학 자들은 이러한 상관 관계를 스패닝 공간으로 생각하며, 앨버트 아인슈타인은“멀리서의 으스스한 행동”으로 유명한 현상에서 멀리 떨어진 위치를 연결합니다. 그러나 점점 더 많은 연구가 이러한 상관 관계가 어떻게 시간에 걸쳐있을 수 있는지 조사하고 있습니다. 지금 일어나는 일은 간단한 기계적인 설명을 피하는 방식으로 나중에 일어나는 일과 관련이있을 수 있습니다. 사실상, 당신은 지연시 으스스한 행동을 할 수 있습니다.
이러한 상관 관계는 시간과 공간에 대한 우리의 직관을 심각하게 엉망으로 만듭니다. 두 가지 이벤트를 상관시킬 수있을뿐만 아니라 이전 이벤트를 이후의 이벤트와 연관시킬 수있을뿐만 아니라 두 이벤트가 상관되어 상관 관계가되어 어느 것이 더 오래되고 나중에 있는지 말하기가 불가능해질 수 있습니다. 이러한 각 사건은 각각이 처음 발생한 것처럼 다른 사건의 원인입니다. (단일 관찰자 조차도이 인과 적 모호성을 만날 수 있으므로 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 설명 된 것처럼 두 관찰자가 다른 속도로 움직일 때 발생할 수있는 시간적 반전과는 다릅니다.)
.시간 캡슐 아이디어는 이러한 시간적 상관 관계의 잠재적 힘에 대한 하나의 데모 일뿐입니다. 또한 양자 컴퓨터의 속도를 높이고 양자 암호화를 강화할 수 있습니다.
그러나 아마도 가장 중요한 연구자들은이 연구가 아인슈타인의 일반적인 상대성 이론으로 양자 이론을 통합하는 새로운 방법을 열기를 희망하며, 이는 시공간의 구조를 설명합니다. 우리가 일상 생활에서 경험하는 세상은 공간과 시간에 위치에 의해 결정된 순서대로 이벤트가 발생하며, 양자 물리학이 허용하는 가능성의 하위 집합 일뿐입니다. 비엔나 대학교의 물리학자인 časlav Brukner는“시공간이 있다면 정의 된 인과 관계가있다”고 말했다. 그러나 "잘 정의 된 인과 관계가 없다면 실험에서와 같이"시공간이 없다 "고 그는 말했다. 일부 물리학 자들은 이것을 심오하게 비 직관적 인 세계관에 대한 증거로 받아들입니다. 여기서 양자 상관 관계는 시공간보다 근본적이며, 시공간 자체는 어떻게 든 양자 관계교라고 할 수있는 사건들 사이의 상관 관계에서 구축됩니다. 이 논쟁은 Gottfried Leibniz와 Ernst Mach의 아이디어를 업데이트합니다. 시공간은 세상에 신이 주신 배경이 아니라 우주의 물질적 내용에서 파생 될 수 있다는 생각을합니다.
시간 얽힘이 작동하는 방법
정시의 얽힘을 이해하려면 우주의 얽힘을 먼저 이해하는 데 도움이됩니다. 두 사람은 밀접하게 관련되어 있기 때문입니다. 고전적인 얽힘 실험의 공간 버전에서, 광자와 같은 두 입자는 공유 양자 상태로 준비한 다음 다른 방향으로 비행을 보냈다. 관찰자 인 Alice는 한 광자의 분극을 측정하고 파트너 인 Bob은 다른 파트너를 측정합니다. 밥은 대각선을 따라 보이는 반면 앨리스는 수평 축을 따라 편광을 측정 할 수 있습니다. 또는 그녀는 수직 각도를 선택할 수 있으며 비스듬한 각도를 측정 할 수 있습니다. 순열은 끝이 없습니다.
이러한 측정의 결과는 일치하며 이상한 점은 Alice의 입자가 Bob 's에 무슨 일이 있었는지 알고 그 반대를 알았을 때 마찬가지로 Alice와 Bob이 측정 선택을 변화시킬 때에도 일치한다는 것입니다. 힘, 파도 또는 캐리어 비둘기가없는 입자를 연결하지 않아도 마찬가지입니다. 상관 관계는“지역성”을 위반하는 것으로 보이며, 영향을 미치는 영향을 나타내는 규칙은 공간과 시간에 원인과 결과의 사슬이 끊어져야합니다.
그러나 일시적인 경우, 미스터리는 단일 편광 광자만을 포함하는 미묘합니다. Alice는 그것을 측정 한 다음 Bob은 그것을 제거합니다. 공간의 거리는 시간 간격으로 대체됩니다. 동일한 결과를 볼 확률은 편광기 사이의 각도에 따라 다릅니다. 실제로, 그것은 공간 케이스와 같은 방식으로 다양합니다. 한 수준에서 이것은 이상하지 않은 것 같습니다. 물론 우리가 먼저하는 일은 다음에 일어나는 일에 영향을 미칩니다. 물론 입자는 미래의 자아와 의사 소통 할 수 있습니다.
이상한 점은 캐나다 워털루의 이론적 물리학 연구소의 양자 역학의 기초를 연구하는 물리학자인 Robert Spekkens가 생각한 실험에서 이루어집니다. Spekkens와 그의 동료들은 2009 년에 실험을 수행했습니다. Alice는 가능한 4 가지 방법 중 하나로 광자를 준비합니다. 고전적으로, 우리는이 네 가지 방법을 두 가지 비트의 정보로 생각할 수 있습니다. 그런 다음 Bob은 가능한 두 가지 방법 중 하나로 입자를 측정합니다. 그가 첫 번째 방식으로 입자를 측정하기로 선택하면 Alice의 첫 번째 정보를 얻습니다. 그가 두 번째를 선택하면 두 번째 비트를 얻습니다. (기술적으로, 그는 확률이 높은 확률로 확실하게 조금 얻지 못합니다.)이 결과에 대한 명백한 설명은 Photon이 BOB의 선택에 따라 비트를 모두 저장하고 출시하는 경우입니다. 그러나이 경우 Bob이 두 비트에 대한 정보를 얻을 수있을 것으로 예상됩니다. 두 비트에 대한 정보를 얻을 수있을 것입니다. 두 비트에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 두 비트 또는 적어도 두 비트 또는 적어도 두 비트를 측정 할 수 있습니다. 그러나 그는 할 수 없습니다. 원칙적으로도 실험은 두 비트, 즉 Holevo 바운드로 알려진 제한을 얻을 수 없습니다. 독일 시겐 대학교의 물리학자인 코스탄티노 버드 로니 (Costantino Budroni)는“양자 시스템은 더 많은 기억을 가지고 있지만 실제로는 액세스 할 수 없다”고 말했다.
광자는 실제로 한 번만 유지하는 것처럼 보이며 밥의 측정 선택이 소급 적으로 어떤 것인지 결정하는 것처럼 보입니다. 아마도 그것은 실제로 일어나는 일이지만, 이것은 시간 여행과는 거리가 멀다.
시간적 얽힘의 또 다른 예는 캠브리지 대학의 수학 물리학자인 Stephen Brierley가 이끄는 팀에서 나온 것입니다. 작년 논문에서 Brierley와 그의 협력자들은 얽힘, 정보 및 시간의 기괴한 교차점을 탐구했습니다. Alice와 Bob이 두 개의 편광 방향 중에서 선택하면, 그들이 보는 상관 관계는 단일 비트를 운반하는 입자에 의해 쉽게 설명됩니다. 그러나 그들이 8 개의 가능한 방향 중에서 선택하고 입자를 16 번 측정하고 재조정한다면, 단일 메모리가 설명 할 수없는 상관 관계가 보입니다. 싱가포르의 Nanyang Technological University의 물리학자인 Tomasz Paterek은“우리가 엄격하게 입증 된 것은이 Holevo 경계에 해당하는 비트의 수를 시간에 전파하면 양자 역학이 무엇을 예측하는지 분명히 설명 할 수 없다는 것입니다. 요컨대, 실험 시작시 Alice가 입자에하는 일은 Bob이 너무 강한 방식으로 쉽게 설명하기에는 Bob이 보는 것과 상관 관계가 있습니다. "메모리"의 범주가 진행되는 일을 포착하지 않는 것 외에는 이것을 "슈퍼 메모리"라고 부를 수 있습니다.
고전 물리학을 넘어이 슈퍼 메모리로 입자를 부여하기 위해 양자 물리학에 대해 정확히 무엇입니까? 연구원들은 다른 의견을 가지고 있습니다. 어떤 사람들은 핵심은 양자 측정이 필연적으로 입자를 방해한다는 것입니다. 정의상 교란은 나중에 측정에 영향을 미치는 것입니다. 이 경우 교란은 예측 된 상관 관계로 이어집니다.
2009 년 퀸즐랜드 대학교에 있었던 물리학자인 마이클 고긴 (Michael Goggin)과 그의 동료들은이 문제를 해결하기 위해 실험을했습니다. 그들은 다른 종류의 입자를 공간적으로 얽히고 원래의 입자보다는 그 입자를 측정하는 속임수를 사용했습니다. 스탠드 인의 측정은 여전히 원래 입자를 방해하지만 (둘이 얽혀 있기 때문에) 연구원은 얽힘 정도를 변화시켜 원본을 방해하는 양을 제어 할 수 있습니다. 트레이드 오프는 실험 자의 원본에 대한 지식이 덜 신뢰할 수 없지만 연구자들은 여러 쌍의 입자를 테스트하고 결과를 특별한 방식으로 집계함으로써 보상합니다. Goggin과 그의 팀은 원래 입자가 전혀 방해받지 않은 지점으로의 혼란을 줄였습니다. 다른 시간의 측정은 여전히 밀접한 상관 관계가있었습니다. 실제로, 측정이 입자를 가장 방해했을 때보 다 훨씬 더 밀접하게 상관 관계가있었습니다. 따라서 입자의 슈퍼 메모리 문제는 미스터리로 남아 있습니다. 지금은 양자 입자가 강한 시간적 상관 관계를 생성하는 이유를 묻는다면 물리학 자들은 기본적으로 다음과 같이 대답 할 것입니다.
Quantum Time Capsules
양자 시간 캡슐 및 기타 재미있는 물건의 잠재력을 제공하는 것은 여전히 흥미로워지고 있습니다. 우리가 전자기장 및 자연의 다른 분야를 설명하는보다 진보 된 양자 역학 버전 인 Quantum Field Theory로 이동할 때. 필드는 고도로 얽힌 시스템입니다. 그것의 다른 부분은 상호 상관 관계가 있습니다. 한 곳에서 필드의 무작위 변동은 다른 곳에서 무작위 변동과 일치합니다. (여기서“부품”은 공간의 영역과 시간에 걸쳐 두 가지를 말합니다.)
입자의 부재로 정의 된 완벽한 진공조차도 여전히 양자 필드를 갖습니다. 그리고이 들판들은 항상 진동합니다. 진동이 서로를 취소하기 때문에 공간은 비어 있습니다. 그리고이를 위해서는 얽히게되어야합니다. 취소에는 전체 진동 세트가 필요합니다. 서브 세트가 반드시 취소되지는 않습니다. 그러나 서브 세트는 당신이 볼 수있는 모든 것입니다.
이상화 된 검출기가 진공 상태에 있으면 입자를 감지하지 못합니다. 그러나 모든 실용적인 탐지기는 제한된 범위를 가지고 있습니다. 이 필드는 불균형으로 보이며 진공 상태에서 입자를 감지하여 우라늄 광산의 가이거 카운터처럼 클릭합니다. 1976 년 브리티시 컬럼비아 대학교의 이론 물리학자인 Bill Uruh는 탐지기가 가속화되면 탐지율이 상승한 것으로 나타났습니다. 탐지기가 멀어지고있는 공간 영역에 대한 민감도를 상실하기 때문입니다. 그것을 매우 강하게 가속화하면 미친 것처럼 클릭하면 그것이 보는 입자는 그 견해를 넘어 남아있는 입자로 얽히게됩니다.
.2011 년 Olson과 Ralph는 시간이 지남에 따라 탐지기를 만들 수 있다면 거의 같은 일이 발생한다는 것을 보여주었습니다. 그들은 한 번에 단일 주파수의 광자에 민감한 검출기를 설명했습니다. 감지기는 경찰 라디오 스캐너와 같은 주파수를 휩쓸고 낮은 주파수에서 다른 방법으로 이동합니다. 빠른 속도로 쓸어 내면 라디오 다이얼의 끝에서 바로 스캔하고 완전히 작동하지 않습니다. 검출기는 제한된 기간 동안 만 작동하기 때문에 전체 범위의 필드 진동에 대한 민감도가 부족하여 Unruh가 예측 한 것과 동일한 불균형을 만듭니다. 지금만 픽업하는 입자는 숨겨진 시간 영역, 즉 미래에 입자와 함께 얽히게됩니다.
Olson과 Ralph는 초전도 재료의 루프에서 탐지기를 구성하는 것이 좋습니다. 근적외선 조명을 픽업하고 몇 개의 펨토초 (10 초)로 스캔을 완료하도록 조정 된 루프는 실온에서 가스처럼 진공이 빛나는 것을 볼 수 있습니다. 공간을 통해 가속화되는 실행 가능한 탐지기는이를 달성 할 수 없으므로 Olson과 Ralph의 실험은 양자 필드 이론의 중요한 테스트가 될 것입니다. 또한 동일한 기본 물리학을 포함하는 블랙 홀 증발에 대한 Stephen Hawking의 아이디어를 입증 할 수 있습니다.
그러한 두 개의 탐지기를 제작하는 경우, 하나는 가속화되는 검출기와 동일한 속도로 감속하는 두 가지 검출기를 구축하면 한 검출기가 보이는 입자는 다른 검출기가 보이는 입자와 상관 관계가 있습니다. 첫 번째 검출기는 임의의 간격으로 길 잃은 입자를 선택할 수 있습니다. 몇 분 또는 몇 년 후, 두 번째 탐지기는 같은 간격으로 또 다른 길 잃은 입자를 집어 올릴 것입니다. Ralph는“개별적으로 클릭하면 무작위로 클릭하면 클릭하면 특정 시간을 보면 다른 시간을 클릭 할 것이라는 것을 알 수 있습니다.”라고 Ralph는 말했습니다.
이러한 시간적 상관 관계는 해당 양자 시간 캡슐의 성분입니다. 그러한 금기에 대한 최초의 아이디어는 볼티모어 카운티의 메릴랜드 대학교의 물리학자인 제임스 프랜슨 (James Franson)으로 거슬러 올라갑니다. (Franson은 Spacelike 상관 관계를 사용했습니다. Olson과 Ralph는 시간적 상관 관계가 더 쉬워 질 수 있다고 말합니다.) 메시지를 작성하고 각 비트를 광자로 인코딩하고 특수 탐지기 중 하나를 사용하여 배경 필드와 함께 해당 광자를 측정하여 비트를 효과적으로 암호화합니다. 그런 다음 결과를 캡슐에 저장하고 묻습니다.
지정된 미래의 시간에, 당신의 후손들은 쌍을 이루는 탐지기와 함께 필드를 측정합니다. 두 가지 결과는 함께 원래 정보를 재구성 할 것입니다. Ralph는“국가는 [두 측정] 사이의 시간 동안 구체화되어 있지만 진공 상태에서 이러한 상관 관계에서 어떻게 든 인코딩된다”고 말했다. 후손들은 두 번째 탐지기가 트리거 될 때까지 기다려야하기 때문에 시간 전에 메시지를 방출 할 수있는 방법이 없습니다.
동일한 기본 절차를 통해 계산 및 암호화에 사용하기 위해 얽힌 입자를 생성 할 수 있습니다. Ralph는“실제로 양자 신호를 보내지 않고 양자 키 분포를 할 수 있습니다. "아이디어는 이미 진공 상태에있는 상관 관계를 사용한다는 것입니다."
.시공간의 본질
이러한 시간적 상관 관계는 또한 시공간의 본질에 대한 물리학 자의 가정에 도전하고 있습니다. 두 가지 이벤트가 상관되어 있고 우연이 아닌 경우 두 가지 설명이 있습니다. 한 이벤트는 다른 이벤트가 다른 하나를 유발하거나 일부 세 번째 요소는 둘 다입니다. 이 논리에 대한 배경 가정은 이벤트가 주어진 순서로 발생한다는 것입니다. 물리학 자들은이 두 가지 설명 중 하나를 사용하여 설명하기에는 너무 강하기 때문에 물리학 자들은 그들의 가정을 다시 방문하고 있기 때문에 양자 상관 관계가 너무 강하기 때문에 너무 강하기 때문에 너무 강하기 때문입니다. 스위스 루가노에있는 이탈리아 스위스 대학교의 물리학자인 ämin Baumeler는“우리는 이러한 상관 관계를 설명 할 수 없습니다. “이러한 상관 관계가 어떻게 나타나는지에 대한 메커니즘은 없습니다. 그래서 그들은 실제로 우리의 시공간 개념에 맞지 않습니다.”
Brukner와 그의 동료들은 주변 기관의 이론 물리학자인 Lucien Hardy의 아이디어를 바탕으로 시공간의 존재를 전제하지 않고 사건이 어떻게 서로 관련 될 수 있는지 연구했습니다. 한 이벤트의 설정이 다른 이벤트의 결과에 의존하면 나중에 발생한다고 추론합니다. 이벤트가 완전히 독립적 인 경우 공간과 시간에 멀리 떨어져 있어야합니다. 이러한 접근법은 공간 및 시간적 상관 관계를 동등한 기반에 놓습니다. 또한 공간적이거나 시간적이 아닌 상관 관계를 허용합니다. 즉, 실험이 모두 함께 맞지 않으며 공간과 시간 내에 그것들을 설치할 수있는 방법이 없음을 의미합니다.
.Brukner의 그룹은 아이디어를 보여주는 이상한 사고 실험을 고안했습니다. 앨리스와 밥은 각각 동전을 던졌습니다. 각 사람은 다른 사람의 결과에 대한 추측과 함께 종이에 자신의 토스의 결과를 씁니다. 각 사람은이 정보를 통해 종이를 다른 사람에게 보냅니다. 그들은 이것을 여러 번 수행하고 그들이 얼마나 잘하는지 봅니다.
일반적으로 게임의 규칙은 Alice와 Bob이 특정 순서 로이 작업을 수행하도록 설정됩니다. 앨리스가 첫 번째라고 가정 해 봅시다. 그녀는 Bob의 결과 만 추측 할 수는 있지만 (아직 발생하지 않은) 자신의 결과를 Bob에게 보낼 수 있습니다. 밥의 플립에 대한 앨리스의 추측은 시간의 50 %가 될 것이지만, 그는 항상 그녀를 제대로 얻을 것입니다. 다음 라운드에서 Bob은 먼저 가고 역할이 반전됩니다. 전반적으로 성공률은 75 %입니다. 그러나 만약 당신이 그들이 특정 순서 로이 일을하고, 종이 시트를 양자 입자로 바꾸면 시간의 85 %를 성공시킬 수 있습니다.
.이 실험을 공간과 시간 내에 앉으려고한다면, 두 번째로가는 사람이 시간을 거슬러 올라가는 사람이 먼저가는 사람에게 자신의 결과를 거꾸로 전달할 수 있도록 제한된 시간 여행과 관련이 있다고 결론을 내릴 것입니다. (논리적 역설이 발생할 수 없다고 순찰 할 때의 순찰은 안심할 것입니다. 어떤 사건도 그 자체로 원인이 될 수 없습니다.)
비엔나의 Brukner와 그의 동료들은 이와 유사한 실제 실험을 수행했습니다. 실험에서, Alice-and-Bob 조작은 2 개의 광학 필터에 의해 수행되었다. 연구원들은 부분적으로 은색 거울에서 광자의 흐름을 비추어 광자 절반이 한 경로와 절반을 가져갔습니다. (각 개별 광자가 아래로 내려간 경로를 측정하지 않고 말할 수 없었습니다. 어떤 의미에서는 한 번에 두 경로를 모두 가져갔습니다.) 첫 번째 경로에서 광자는 먼저 Alice의 필터를 통과 한 다음 Bob 's를 통과했습니다. 두 번째 경로에서 광자는 그것들을 역 순서로 탐색했습니다. 실험은 양자 불확실성을 완전히 새로운 차원으로 가져 갔다. 입자는 측정 전에 명확한 특성을 가지고 있지 않았을뿐만 아니라, 이에 대한 작업은 명확한 순서로 수행되지 않았다.
.실제적인 수준에서 실험은 양자 컴퓨터의 새로운 가능성을 열어줍니다. Alice와 Bob에 해당하는 필터는 두 가지 다른 수학적 작업을 나타냅니다.이 장치는 해당 작업의 순서가 중요한지 여부에 관계없이 단일 단계에서 확인할 수있었습니다. B의 다음 B와 같은 A와 동일한 지에 관계없이 A. 양자 컴퓨터는 때때로 가능한 모든 데이터에 대한 일련의 작업을 한 번에 수행하는 것으로 설명되지만 한 번에 가능한 모든 작업을 수행 할 수도 있습니다.
.이제이 실험을 한 단계 더 발전시키는 것을 상상해보십시오. Brukner의 원래 실험에서 각 개별 광자의 경로는 "중첩"에 배치됩니다. 광자는 Alice-First Path와 Bob-First 경로의 양자 조합으로 내려갑니다. “광자가 먼저 겪었던 필터가 먼저 겪었습니까?”라는 질문에 대한 명확한 대답은 없습니다. 측정이 수행되고 모호성이 해결 될 때까지. 광자 대신에 중력 물체가 그러한 시간적 중첩에 넣을 수 있다면, 장치는 시공간 자체를 중첩에 넣을 것이다. 그러한 경우, 앨리스와 밥의 순서는 모호하게 남아있을 것입니다. 원인과 결과가 함께 흐려지고, 무슨 일이 있었는지 단계별로 설명 할 수 없습니다.
사건들 사이의 불확실한 인과 관계가 정리 될 때만 자연이 이용 가능한 가능성 중 일부만을 깨닫게됩니다. 공간과 시간은 의미가 있습니다. 양자 상관 관계는 우선 시공간 후에 나옵니다. 정확히 양자 세계에서 시공간이 어떻게 나타나고 있습니까? 브루 크 너는 아직 확신이 없다고 말했다. 타임 캡슐과 마찬가지로, 시간이 옳을 때만 답이 올 것입니다.
