Исследователи из Корнельского университета (Cornell University) и Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) представили работу, принятую к публикации в журнале Physical Review Letters. В ней они описывают, что отправка информации в прошлое не противоречит законам физики. Более того, в условиях шумового воздействия такой канал связи может работать даже эффективнее обычного.

Изображение: Flux

В основе идеи лежат замкнутые времениподобные кривые (closed timelike curves, CTC) — одно из частных решений уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Представьте себе траекторию, по которой объект сначала уходит в будущее, а затем возвращается в прошлое, замыкая петлю. В масштабах космоса для создания такой петли нужна чудовищная энергия, недоступная человечеству. Однако на квантовом уровне ситуация иная.

Ключевую роль играет квантовая запутанность — явление, при котором состояние одной частицы мгновенно отражается в состоянии другой, даже если их разделяют световые годы. Некоторые физики трактуют это как слабую форму «связи с прошлым»: частица как бы отправляет своей паре сообщение назад во времени, чтобы та «знала», как себя вести.

В 2010 году профессор MIT Сет Ллойд с коллегами впервые экспериментально имитировал квантовую замкнутую времениподобную кривую с помощью запутанных фотонов. «Мы заставляли фотон отправиться на несколько наносекунд назад и попытаться уничтожить самого себя», — вспоминает Ллойд. В новой работе исследователи пошли дальше: они рассмотрели «связь с прошлым» не как идеальный канал, а как зашумленную линию — наподобие плохой телефонной связи.

Оценивая пропускную способность такого шумного канала назад во времени, учёные пришли к неожиданному выводу: передача информации в прошлое работает надёжнее, чем обычная (идущая из прошлого в будущее) при том же уровне помех. Объяснение парадоксально, но логично.

Кадры со сьёмок  «Интерстеллар». Источник: www.nouvelobs.com

Вдохновением для работы, признаётся квантовый информатик Кайюань Цзи, послужила кульминация фильма «Интерстеллар». Герой Мэттью МакКонахи, оказавшись в временно́й петле, отправляет послание своей дочери в прошлое, манипулируя стрелками часов. «Отец помнит, как дочь в будущем расшифрует его сообщение. Поэтому он может использовать эту память, чтобы закодировать послание оптимальным образом» — поясняет Цзи. В обычной связи такой обратной связи из будущего нет.

Сами авторы подчёркивают: реальная физическая замкнутая времениподобная кривая — дело чрезвычайно далёкого будущего (если вообще возможное). Никто не построил машину времени. Однако их математическая модель позволяет переосмыслить способы передачи данных в зашумленных каналах, поскольку она демонстрирует, как обратная связь (в данном случае — память отправителя о будущем) может кардинально улучшить кодирование.

«Все реальные каналы связи шумные, — говорит Ллойд. — А нашу теоретическую схему довольно легко воспроизвести в лаборатории, как в эксперименте 2010 года с фотонами. Это может помочь найти новые способы использования квантовой запутанности. Даже для обычной, не фантастической связи».

Профессор Андреас Винтер из Кёльнского университета, комментируя работу, подтвердил: практическая отправка сообщений в прошлое по-прежнему невозможна. Но ценность исследования — в новом взгляде на то, как обратная связь и нестандартный подход могут улучшить протоколы передачи данных в квантовых системах.