Американские физики теоретически описали, как информация может передаваться из будущего в прошлое по квантовым каналам связи. Речь идет не о создании машины времени, а о математической модели особых структур пространства-времени — замкнутых времениподобных кривых. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Работу провели физики-теоретики Кайюань Цзи, Сет Ллойд и Марк Уайлд. Уайлд работает в Корнеллском университете. Ученые изучили, сколько информации можно передать через квантовый канал, если он связан с замкнутой времениподобной кривой.
Так называют путь в пространстве-времени, по которому объект может вернуться в ту же точку не только в пространстве, но и во времени. Общая теория относительности допускает такие решения в уравнениях. Но большинство физиков считает, что в реальной природе они либо невозможны, либо должны быть ограничены другими законами физики.
Главная трудность связана с парадоксами. Если сигнал можно отправить в прошлое, он может изменить условия, из-за которых сам был отправлен. В классической физике это ведет к противоречиям. В квантовой механике часть таких парадоксов пытаются обходить через особые правила отбора событий и квантовую телепортацию.
В новой работе физики рассмотрели модель, где замкнутая времениподобная кривая описывается как шумный квантовый канал. Шум означает, что канал искажает часть передаваемых данных. Ученые показали, что даже в таком случае теоретически можно передавать как классическую, так и квантовую информацию назад во времени.
Для этого можно использовать идеи, близкие к квантовой телепортации. В обычной квантовой телепортации передают не саму частицу, а ее квантовое состояние. Для этого нужны запутанные частицы и дополнительная передача информации по обычному каналу. В модели временной петли часть этой схемы заменяется квантовой памятью и отбором нужного результата.
Авторы также рассчитали пределы такой связи. Они выяснили, какую максимальную долю информации можно передать через подобный канал и как на это влияет шум. Поэтому работа важна не как инструкция для связи с прошлым, а как оценка границ гипотетической физики времени.
Отдельное значение исследование имеет для теорий черных дыр. По одной из гипотез, испарение черной дыры можно описывать как процесс, похожий на квантовую телепортацию. Эта идея помогает обсуждать, как информация может выходить из черной дыры и не исчезать навсегда.
Новая работа показывает, что у таких моделей есть строгие информационные ограничения. Если испарение черной дыры действительно связано с механизмами, похожими на телепортацию через временные петли, то передача информации в них не может быть произвольной. Ее ограничивают свойства квантового канала.
Сами авторы подчеркивают, что результат остается теоретическим. Он не доказывает, что замкнутые времениподобные кривые существуют в реальной Вселенной. Работа показывает другое: если такие каналы возможны в рамках квантовой модели, то информацию через них можно описать строгими методами теории информации.
Похожий образ есть в фильме «Интерстеллар», где герой передает сообщение в прошлое через косвенный физический канал. В реальной физике такая картина пока остается гипотезой. Но новая статья показывает, что вопрос о связи будущего и прошлого можно изучать не только как фантастику, а как задачу квантовой теории информации.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. Метод работы — теоретический анализ квантовых каналов, замкнутых времениподобных кривых и пределов передачи информации через шумные квантовые системы.