Квантовая механика не изменит прошлое, но может передать в него сообщение

В подвальной лаборатории Института квантовой оптики общества Макса Планка температура поддерживается ближе к абсолютному нулю, чем где-либо еще в известной Вселенной. Здесь исследователи не говорят о путешествиях во времени; они обсуждают времена когерентности, коррекцию ошибок и мучительно медленный прогресс дорожной карты европейской программы Quantum Flagship стоимостью в миллиард евро. Тем не менее, недавняя теоретическая работа вновь разожгла дискуссию, которая больше напоминает сценарий фильма Кристофера Нолана, чем совещание по промышленной политике в Германии: возможность того, что квантовая запутанность в сочетании с экстремальной физикой черных дыр может создать «хронологический обратный канал» для передачи информации.

Эта гипотеза опирается на мост между двумя самыми неудобными концепциями в физике: мостами Эйнштейна — Розена (кротовыми норами) и нелокальной связью запутанных частиц, — дуальностью, которую часто сокращенно называют ER=EPR. Хотя физическое сообщество давно отбросило идею реальных путешествий во времени как математический артефакт общей теории относительности, который природа никогда бы не допустила, квантовая версия выглядит более коварной. Она предполагает, что, хотя вы не можете вернуться назад и предотвратить катастрофу, вы, возможно, сможете отправить очень маленький, очень хрупкий набор кубитов в прошлое, чтобы кого-то предупредить. В контексте фильма «Интерстеллар» это тессеракт за книжной полкой; в контексте Брюсселя и Бонна — это кошмар закупок, который бросает вызов нашему пониманию причинности и фундаментальным ограничениям кремниевой экономики.

Лазейка постселекции в причинности

Чтобы понять, почему об этом внезапно заговорили в серьезных кругах, нужно рассмотреть механизм квантовой постселекции. В стандартной квантовой механике невозможно передать информацию быстрее света, потому что результаты квантовых измерений фундаментально случайны. Если у нас с вами есть пара запутанных фотонов, мое измерение мгновенно дает мне информацию о вашем, но я не могу контролировать свой результат, чтобы отправить вам конкретный сигнал. Это и есть «теорема о запрете коммуникации», и она — главная причина, почему квантовая физика до сих пор не перевернула мировую телекоммуникационную индустрию.

Проблема межзвездного посланника

Пока теоретики спорят, являются ли такие петли особенностью или ошибкой Вселенной, научное сообщество занято поиском физических посланников из-за пределов нашей Солнечной системы, которые могли бы проверить наше понимание экстремальной физики. Недавняя одержимость межзвездным объектом 3I/ATLAS подчеркивает разрыв между тем, что мы можем моделировать, и тем, до чего мы можем реально добраться. Обнаруженный всего несколько месяцев назад, 3I/ATLAS является лишь третьим подтвержденным гостем из другой звездной системы, и он уже продемонстрировал своего рода негравитационное ускорение, которое взбудоражило сообщество SETI (Поиск внеземного разума).

Недавний анализ Института SETI опроверг утверждения о том, что 3I/ATLAS может быть иноземным зондом, использующим экзотический двигатель. Данные указывают на более приземленное, хотя и все еще захватывающее объяснение: дегазация водорода или других летучих веществ, которые действуют как естественное реактивное сопло. Это повторяющееся напряжение в современной науке — борьба между «революционным» объяснением и «негравитационной» реальностью. Если бы 3I/ATLAS был технологическим артефактом, он стал бы идеальным испытательным стендом для проверки того, освоила ли его родная цивилизация квантовые обратные каналы, которые сейчас теоретизируются. Вместо этого он кажется очень одиноким, очень быстрым камнем, меняющим цвет по мере взаимодействия с излучением нашего Солнца, напоминая нам, что межзвездные путешествия — это пока вопрос химии и баллистики, а не кротовых нор.

Брюссель и разрыв в квантовом суверенитете

Для европейских политиков дискуссия о квантовой передаче сигналов во времени — это не просто академическое упражнение, а вопрос промышленного суверенитета. Проект ЕС EuroQCI (Квантовая коммуникационная инфраструктура) в настоящее время тратит миллионы на защиту данных континента от будущих квантовых компьютеров. Если бы теоретическая возможность «вероятностных» путешествий во времени с помощью квантовой запутанности когда-нибудь перекочевала с классной доски в лабораторию, это сделало бы наше нынешнее понимание безопасности данных устаревшим. Если противник может с помощью постселекции прийти к согласованному состоянию, включающему ваши будущие ключи дешифрования, слово «защищенный» в защищенной связи станет относительным понятием.

Именно здесь немецкая промышленная оптика становится особенно сфокусированной. Сила Германии в прецизионном производстве и криогенике делает ее естественным центром для оборудования, необходимого для проверки этих теорий. Однако Министерство образования и научных исследований Германии (BMBF) печально известно своим консерватизмом. Финансирование проекта, который хотя бы намекает на «путешествия во времени», — верный способ лишиться бюджетной строки. Как следствие, исследования часто представляются под видом «квантового моделирования экстремальных гравитационных сред». Мы строим тессеракт, но называем его вакуумной камерой высокого давления для тестирования полупроводников.

Перехват 2085 года и реальность масштаба

Существует также вопрос энергии. Чтобы создать своего рода искривление пространства-времени, необходимое для функциональной замкнутой времениподобной кривой (CTC) — даже в микроскопическом масштабе, — требуются плотности энергии, которые намного превышают все, о чем мог бы мечтать Большой адронный коллайдер. Мы говорим о массе-энергии, эквивалентной небольшой луне, сжатой до размера протона. Даже самые оптимистичные сторонники моста ER=EPR признают, что нас, вероятно, отделяют столетия от создания такого поля. Оборудования не существует, финансирования нет в текущем бюджетном цикле ЕС, и физика все еще может запрещать это, когда мы перейдем от 2D-моделей к 3D-реальности.

Можем ли мы доверять сообщению из будущего?

Если мы предположим, что математика постселекции верна и сообщение можно отправить назад, мы столкнемся с философской и инженерной проблемой: соотношением сигнал-шум. В этих квантовых моделях вероятность успешного «обратного» сообщения часто ничтожно мала. Возможно, вам придется провести эксперимент триллион раз, чтобы получить одну согласованную петлю. Для наблюдателя XXI века «сообщение» из будущего было бы неотличимо от случайного колебания в квантовом сенсоре.

Это возвращает нас к криостатам Макса Планка. Инженеры, работающие там, знают, что Вселенная шумна. Квантовые системы схлопываются, если на них слишком пристально смотреть, не говоря уже о попытках протащить их через дыру в ткани времени. Амбиция общаться через четвертое измерение — это свидетельство человеческого любопытства, но реальность такова, что мы все еще пытаемся понять, как сделать 50-кубитный процессор, который не перегревается. Мы ищем книжную полку в черной дыре, но еще даже не закончили строительство библиотеки.

Изучение 3I/ATLAS и теоретическое исследование квантовой передачи сигналов во времени — это две стороны одной медали: наша отчаянная потребность найти короткий путь через необъятность Вселенной. Будь то короткий путь в пространстве или во времени, результаты продолжают указывать на один и тот же вывод. Природа готова показать нам математику для сокращения пути, но требует цену в виде энергии и сложности, которую мы пока не можем заплатить. Европа продолжит финансировать сенсоры и криостаты, а теоретики продолжат уточнять мосты ER=EPR, но на данный момент единственный способ отправить сообщение в будущее — это старомодный метод: записать его и ждать.

У Брюсселя есть дорожная карта. У Германии есть криостаты. Но Вселенная еще не предоставила нам съезд с автострады настоящего.