Physiker haben überredet Lichtteilchen dazu, gleichzeitig gegensätzliche Transformationen zu durchlaufen, wie ein Mensch, der sich in einen Werwolf verwandelt, während sich der Werwolf in einen Menschen verwandelt. In sorgfältig konstruierten Schaltkreisen wirken die Photonen, als würde die Zeit in einer Quantenkombination aus Vorwärts- und Rückwärtsbewegung fließen.
„Zum allerersten Mal überhaupt haben wir eine Art Zeitreisemaschine, die in beide Richtungen fährt“, sagte er Sonja Franke-Arnoldein Quantenphysiker an der University of Glasgow in Schottland, der nicht an der Forschung beteiligt war.
Mit einem DeLorean von 1982 haben die Geräte zum Leidwesen von Science-Fiction-Fans nichts gemein. Während der Experimente, die von zwei unabhängigen Teams in China und Österreich durchgeführt wurden, tickten die Laboruhren stetig weiter. Nur die Photonen, die durch die Schaltkreise huschten, erlebten zeitliche Spielereien. Und selbst bei den Photonen diskutieren die Forscher darüber, ob das Umklappen des Zeitpfeils echt oder simuliert ist.
In jedem Fall könnte das verwirrende Phänomen zu neuen Arten der Quantentechnologie führen.
„Sie könnten sich Schaltkreise vorstellen, in denen Ihre Informationen in beide Richtungen fließen könnten“, sagte er Julia Rubinoein Forscher an der University of Bristol.
Alles jederzeit auf einmal
Physiker erkannten erstmals vor einem Jahrzehnt, dass die seltsamen Regeln der Quantenmechanik die Zeitvorstellungen des gesunden Menschenverstandes ins Wanken bringen.
Die Essenz der Quantenfremdheit ist folgende: Wenn Sie nach einem Teilchen suchen, werden Sie es immer an einem einzigen, punktförmigen Ort entdecken. Aber bevor es gemessen wird, verhält sich ein Teilchen eher wie eine Welle; es hat eine „Wellenfunktion“, die sich ausbreitet und über mehrere Routen kräuselt. In diesem unbestimmten Zustand existiert ein Teilchen in einer Quantenmischung möglicher Orte, bekannt als a Überlagerung.
In ein Papier erschienen 2013, Giulio Chiribella, jetzt Physiker an der Universität von Hongkong, und Co-Autoren schlugen eine Schaltung vor, die Ereignisse in eine Überlagerung zeitlicher Ordnungen versetzt und damit einen Schritt über die Überlagerung von Orten im Raum hinausgeht. Vier Jahre später, Rubino und ihre Kollegen direkt experimentell nachgewiesen die Idee. Sie schickten ein Photon auf eine Überlagerung von zwei Pfaden: einen, auf dem es Ereignis A und dann Ereignis B erlebte, und einen anderen, auf dem es B und dann A erlebte. In gewisser Weise schien jedes Ereignis das andere zu verursachen, ein Phänomen, das entstand genannt unbestimmte Kausalität.
Chiribella und ein Kollege, Zixuan Liu, waren nicht damit zufrieden, sich nur mit der Reihenfolge der Ereignisse herumzuschlagen, während die Zeit voranschritt, und zielten als Nächstes auf die Marschrichtung oder den Pfeil der Zeit selbst. Sie suchten nach einem Quantenapparat, in dem die Zeit in eine Überlagerung des Fließens von der Vergangenheit in die Zukunft und umgekehrt eintritt – ein unbestimmter Zeitpfeil.
Um dies zu erreichen, erkannten Chiribella und Liu, dass sie ein System brauchten, das gegensätzliche Änderungen erfahren konnte, wie ein Metronom, dessen Arm nach links oder rechts schwingen kann. Sie stellten sich vor, ein solches System in eine Überlagerung zu bringen, ähnlich einem Musiker, der ein Quantenmetronom gleichzeitig nach rechts und nach links bewegt. Sie ein Schema beschrieben für die Einrichtung eines solchen Systems im Jahr 2020.
Optik-Zauberer begannen sofort damit, im Labor duellierende Zeitpfeile zu konstruieren. Im vergangenen Herbst meldeten zwei Teams Erfolge.
Ein Two-Timing-Spiel
Chiribella und Liu hatten ein Spiel entwickelt, bei dem nur ein Quanten-Zwei-Timer glänzen konnte. Um das Spiel mit Licht zu spielen, müssen Photonen durch zwei Kristallgeräte, A und B, geschossen werden. Das Weiterleiten durch ein Gerät dreht die Polarisation eines Photons um einen Betrag, der von den Einstellungen des Geräts abhängt. Wenn Sie rückwärts durch das Gerät gehen, dreht sich die Polarisation genau in die entgegengesetzte Richtung.
Vor jeder Runde des Spiels stellt ein Schiedsrichter die Geräte heimlich auf eine von zwei Arten ein: Der Pfad vorwärts durch A, dann rückwärts durch B, verschiebt entweder die Wellenfunktion eines Photons relativ zum zeitumgekehrten Pfad (rückwärts durch A, dann vorwärts durch B), oder es wird nicht. Der Spieler muss herausfinden, welche Wahl der Schiedsrichter getroffen hat. Nachdem der Spieler die Gadgets und andere optische Elemente nach Belieben angeordnet hat, schickt er ein Photon durch das Labyrinth und teilt es möglicherweise mithilfe eines halbversilberten Spiegels in eine Überlagerung von zwei Pfaden auf. Das Photon landet bei einem von zwei Detektoren. Wenn der Spieler sein Labyrinth ausreichend clever aufgebaut hat, zeigt das Klicken des Detektors mit dem Photon die Wahl des Schiedsrichters an.