Обратный ход квантового времени ограничен памятью среды
Возбуждённые атомы могут вести себя так, будто часть их распада пошла вспять. Но в простейшей квантовой схеме эффект сохраняется лишь в пределах времени памяти окружающей среды.
К такому выводу пришли физики Якир Ааронов и Авшалом Элицур, исследовавшие математическую модель квантовой машины переноса во времени. Речь идёт об эволюции специально отобранных квантовых состояний, а не о машине, способной отправить предмет в прошлое.
Модель основана на квантовой суперпозиции: система проходит несколько возможных путей, на каждом из которых для неё проходит разное собственное время. Затем исследователи оставляют только результаты с определённым состоянием управляющей системы. Такой отбор называют постселекцией. В этой части результатов эволюция может соответствовать времени, которое больше времени в любой отдельной ветви, равно нулю или имеет отрицательное значение. Механизм описан в препринте Ааронова и Элицура.
Чтобы проверить, может ли отрицательное значение обратить необратимый процесс, авторы предложили мысленный опыт с герметичной ячейкой. В ней находятся возбуждённые атомы, поле излучения, в которое они испускают свет, и стенки, поглощающие этот свет. Через квантовую схему проходит вся ячейка как единый объект. Критерий обратного хода конкретен: среди результатов постселекции атомы должны оказаться более возбуждёнными, чем в начале опыта, когда часть из них уже начала распадаться.
В схеме с двумя ветвями такой результат возможен, только если начавшийся распад ещё укладывается во время памяти среды. При более позднем испускании простая двухветвная схема уже не даёт нужного результата. Постселекция усиливает крошечное различие между содержимым ячейки в двух ветвях. Авторы связывают его с полным разбросом энергий атомов и их поля, а не только с шириной линии излучения.
За пределами времени памяти среды обратимость в модели требует большего числа ветвей и среды со строго ограниченным спектром. Вероятность получить нужный результат постселекции экспоненциально уменьшается с числом колебаний среды, которые требуется обратить. Авторы связывают границу с шириной спектра взаимодействия со средой: она же объясняет, почему испускание становится необратимым. В работе также рассмотрены четыре способа создать суперпозицию хода часов, в том числе с помощью массивных полых оболочек и разных инерциальных скоростей.
