W piwnicznym laboratorium Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka temperatura jest utrzymywana na poziomie bliższym zeru bezwzględnemu niż gdziekolwiek indziej w znanym wszechświecie. Tutaj badacze nie rozmawiają o podróżach w czasie; mówią o czasach koherencji, korekcji błędów i bolesnym, powolnym postępie wartego miliardy euro harmonogramu European Quantum Flagship. Mimo to niedawna praca teoretyczna rozpętała debatę, która brzmi bardziej jak scenariusz filmu Christophera Nolana niż spotkanie dotyczące niemieckiej polityki przemysłowej: możliwość, że splątanie kwantowe, w połączeniu z ekstremalną fizyką czarnych dziur, mogłoby stworzyć „chronologiczny kanał zwrotny” dla informacji.
Teza ta opiera się na moście łączącym dwie najbardziej niepokojące koncepcje w fizyce: mosty Einsteina-Rosena (tunele czasoprzestrzenne) oraz nielokalne połączenie splątanych cząstek, czyli dualizm często określany skrótem ER=EPR. Podczas gdy środowisko fizyków od dawna odrzuca ideę fizycznych podróży w czasie jako matematyczny artefakt ogólnej teorii względności, na który natura nigdy by nie pozwoliła, wersja kwantowa jest bardziej podstępna. Sugeruje ona, że choć nie można cofnąć się w czasie i zapobiec katastrofie, być może udałoby się przesłać bardzo mały, niezwykle kruchy zestaw kubitów, aby kogoś przed nią ostrzec. W kontekście filmu Interstellar jest to teserakt ukryty za regałem z książkami; w kontekście Brukseli i Bonn to koszmar zamówień publicznych, który kwestionuje nasze rozumienie przyczynowości i fundamentalne ograniczenia gospodarki opartej na krzemie.
Luka w przyczynowości a selekcja postkwantowa
Aby zrozumieć, dlaczego temat ten jest nagle omawiany w poważnych kręgach, należy przyjrzeć się konkretnemu mechanizmowi kwantowej selekcji postkwantowej (post-selection). W standardowej mechanice kwantowej nie można przesyłać informacji szybciej niż światło, ponieważ wyniki pomiarów kwantowych są z założenia losowe. Jeśli ja i ty dzielimy parę splątanych fotonów, mój pomiar natychmiast informuje mnie o twoim, ale nie mogę kontrolować swojego wyniku, aby wysłać ci konkretny sygnał. Jest to „twierdzenie o zakazie komunikacji” i główny powód, dla którego fizyka kwantowa nie wywróciła jeszcze do góry nogami globalnej branży telekomunikacyjnej.
Problem międzygwiezdnego posłańca
Podczas gdy teoretycy debatują, czy te pętle są cechą, czy błędem wszechświata, społeczność obserwatorów zajmuje się poszukiwaniem fizycznych posłańców spoza naszego układu słonecznego, którzy mogliby przetestować nasze rozumienie ekstremalnej fizyki. Niedawna obsesja na punkcie obiektu międzygwiezdnego 3I/ATLAS uwypukla przepaść między tym, co możemy modelować, a tym, do czego faktycznie możemy dotrzeć. Odkryty zaledwie kilka miesięcy temu 3I/ATLAS jest dopiero trzecim potwierdzonym gościem z innego układu gwiezdnego i już wykazał rodzaj niegrawitacyjnego przyspieszenia, które rozpala społeczność SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence).
Niedawna analiza Instytutu SETI odrzuciła twierdzenia, jakoby 3I/ATLAS mógł być obcą sondą wykorzystującą egzotyczny napęd. Dane sugerują bardziej przyziemne, choć wciąż fascynujące wyjaśnienie: odgazowanie wodoru lub innych substancji lotnych, które działają jak naturalny silnik rakietowy. To powracające napięcie we współczesnej nauce – walka między „rewolucyjnym” wyjaśnieniem a „niegrawitacyjną” rzeczywistością. Gdyby 3I/ATLAS był artefaktem technologicznym, byłby ostatecznym poligonem doświadczalnym dla sprawdzenia, czy jego macierzysta cywilizacja opanowała teoretyzowane obecnie kwantowe kanały zwrotne. Zamiast tego wydaje się być bardzo samotną, bardzo szybką skałą, zmieniającą kolor pod wpływem promieniowania naszego Słońca, przypominając nam, że podróże międzygwiezdne są obecnie kwestią chemii i balistyki, a nie tuneli czasoprzestrzennych.
Bruksela i luka w suwerenności kwantowej
Dla europejskich decydentów debata nad kwantowym sygnalizowaniem w czasie to nie tylko ćwiczenie akademickie; to kwestia suwerenności przemysłowej. Projekt UE EuroQCI (Quantum Communication Infrastructure) wydaje obecnie miliony na zabezpieczenie danych kontynentu przed przyszłymi komputerami kwantowymi. Gdyby teoretyczna możliwość „probabilistycznych” podróży w czasie poprzez splątanie kwantowe kiedykolwiek przeniosła się z tablicy do laboratorium, uczyniłaby nasze obecne rozumienie bezpieczeństwa danych przestarzałym. Jeśli przeciwnik może poprzez selekcję postkwantową dotrzeć do spójnego stanu, który zawiera twoje przyszłe klucze deszyfrujące, „bezpieczeństwo” w bezpiecznej komunikacji staje się terminem względnym.
To tutaj niemiecka perspektywa przemysłowa staje się szczególnie wyostrzona. Niemiecka siła w precyzyjnym wytwarzaniu i kriogenice czyni ten kraj naturalnym centrum dla sprzętu wymaganego do testowania tych teorii. Jednak Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań (BMBF) jest znane z konserwatyzmu. Finansowanie projektu, który choćby sugeruje „podróże w czasie”, to szybki sposób na utratę linii budżetowej. W rezultacie badania często prezentowane są pod przykrywką „kwantowej symulacji ekstremalnych środowisk grawitacyjnych”. Budujemy teserakt, ale nazywamy go komorą próżniową wysokiego ciśnienia do testowania półprzewodników.
Przechwycenie w 2085 roku a rzeczywistość skali
Istnieje również kwestia energii. Aby stworzyć rodzaj krzywizny czasoprzestrzeni niezbędnej dla funkcjonalnej CTC (zamkniętej krzywej czasopodobnej) – nawet w mikroskopijnej skali – wymagane są gęstości energii dalece wykraczające poza wszystko, co mógłby sobie wymarzyć Wielki Zderzacz Hadronów. Mówimy o masie-energii odpowiadającej małemu księżycowi, skompresowanej do rozmiaru protonu. Nawet najbardziej optymistyczni zwolennicy mostu ER=EPR przyznają, że prawdopodobnie dzielą nas wieki od wygenerowania takiego pola. Sprzęt nie istnieje, finansowanie nie mieści się w obecnym cyklu budżetowym UE, a fizyka może nam tego zabronić, gdy przejdziemy z modeli 2D do rzeczywistości 3D.
Czy możemy ufać wiadomości z przyszłości?
Jeśli założymy na chwilę, że matematyka selekcji postkwantowej się sprawdza i wiadomość mogłaby zostać wysłana wstecz, stajemy przed problemem filozoficznym i inżynieryjnym: stosunkiem sygnału do szumu. W tych modelach kwantowych prawdopodobieństwo udanej „wstecznej” wiadomości jest często znikomo małe. Być może trzeba by przeprowadzić eksperyment bilion razy, aby uzyskać jedną spójną pętlę. Dla obserwatora z XXI wieku „wiadomość” z przyszłości byłaby nieodróżnialna od losowej fluktuacji w czujniku kwantowym.
To sprowadza nas z powrotem do kriostatów Maxa Plancka. Inżynierowie tam pracujący wiedzą, że wszechświat jest pełen szumu. Układy kwantowe zapadają się, jeśli patrzy się na nie zbyt uważnie, a co dopiero, gdy próbuje się przeciągnąć je przez dziurę w tkance czasu. Ambicja komunikowania się przez czwarty wymiar jest świadectwem ludzkiej ciekawości, ale rzeczywistość jest taka, że wciąż próbujemy wymyślić, jak stworzyć 50-kubitowy procesor, który się nie przegrzewa. Szukamy regału z książkami w czarnej dziurze, ale nie skończyliśmy jeszcze budować biblioteki.
Badania nad 3I/ATLAS i teoretyczne zgłębianie kwantowego sygnalizowania w czasie to dwie strony tego samego medalu: naszej desperackiej potrzeby znalezienia skrótu przez bezmiar wszechświata. Niezależnie od tego, czy jest to skrót w przestrzeni, czy w czasie, wyniki niezmiennie prowadzą do tego samego wniosku. Natura jest skłonna pokazać nam matematykę dla skrótu, ale pobiera opłatę w energii i złożoności, której nie jesteśmy jeszcze w stanie zapłacić. Europa będzie nadal finansować czujniki i kriostaty, a teoretycy będą nadal udoskonalać mosty ER=EPR, ale na razie jedynym sposobem na wysłanie wiadomości w przyszłość jest staromodny sposób: zapisanie jej i czekanie.
Bruksela ma harmonogram. Niemcy mają kriostaty. Ale wszechświat nie udostępnił jeszcze rampy zjazdowej z teraźniejszości.
Comments
No comments yet. Be the first!