과거로 돌아가서 결정을 변경하고 싶은 적이 있었나요? 실제로 시간여행은 아직 공상과학 영역으로 제한되어 있지만, 최근 연구에 따르면 양자연결의 조작을 통해 시간여행을 시뮬레이션하는 것이 가능하다는 것을 보여줍니다. 물리 리뷰 레터에 발표된 이 연구에서 David Arvidsson-Shukur, Aidan McConnell, Nicole Yunger Halpern 등의 연구원들은 실험가들이 정보를 과거로 전송하고 행동을 이전으로 변경하여 최적의 측정을 얻을 수 있는 실험 설정을 제안합니다.
시간여행을 시뮬레이션하는 핵심은 순간이동과 양자연결에 있습니다. 순간이동은 실험의 중간 단계에서 상태를 처음으로 돌려보내는 것을 의미합니다. 이를 위해 상태들은 양자연결되어야 하며, 이는 양자적으로 연결되어 있다는 것을 의미합니다.
이 시뮬레이션들은 실제 시간여행은 가능하지 않지만, 양자 시스템에 대한 유용한 통찰력을 제공합니다. 이 연구에서 연구원들은 양자 계측학 분야에서 시뮬레이션된 역방향 시간여행이 제공할 수 있는 이점들을 조사합니다. 양자 계측학에서의 목표는 양자 기계를 사용하여 시스템이나 과정의 알려지지 않은 매개변수를 추정하는 것입니다. 결과에 따라 특정 실험 결과를 포함하거나 제외하는 후처리 측정은 각 기계당 학습된 정보를 향상시킬 수 있습니다. 하지만 시간여행이 없는 상황에서는 상호작용이 발생한 후에 최적의 입력 상태를 일반적으로 알게됩니다.
연구원들은 순간이동을 통해 최적의 입력 상태를 양자연결 조작을 통해 과거로 전송함으로써 운영상의 혜택을 얻을 수 있음을 실험적으로 입증합니다. 실험가는 양자연결된 양자 비트와 탐사용 추가적인 큐비트를 준비합니다. 탐사용 큐비트와 양자 비트와의 상호작용 이후, 실험가는 큐비트 A의 상태를 측정하여 최적의 입력 상태에 대한 정보를 얻게 됩니다.
이 정보를 바탕으로 실험가는 최적의 상태에 있는 부수 큐비트를 준비하고 양자 비트들의 합동 상태를 측정합니다. 합동 상태가 초기 상태와 일치하는 측정 결과는 보존되고, 그렇지 않은 결과들은 삭제됩니다. 이 선택 과정은 실험가가 초기에 최적의 상태로 탐사용을 준비하지 않았음에도 불구하고 최적의 정보를 얻을 수 있도록 보장합니다.
연구실에서 시간여행을 시뮬레이션하는 것은 더 정밀한 측정을 가능하게 하고 고전적인 시스템의 한계를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구원들은 과거를 변경하는 것은 불가능하지만, 이러한 시뮬레이션은 “어제의 문제를 해결하여 더 나은 내일을 만들 수 있다”고 언급합니다. 시간여행은 여전히 논의의 대상이 되긴 하지만, 양자연결은 그 가능성을 탐구하는 매우 흥미로운 방법을 제공합니다.
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