タイムトラベル。誰もが一度や二度は考えたことがあるだろうし、このテーマはSFの中で広く探求されてきた。量子力学や宇宙の4つの基本的な力（電磁気力、弱い核力、強い核力、重力）がどのように組み合わされているかに関わるものだ。最近の実験で、ケンブリッジ大学の研究者たちは、量子もつれを操作することで、時間の流れが逆になった場合に何が起こるかをシミュレートできることを示した。

研究チームを率いたのは、ケンブリッジ大学日立ケンブリッジ研究所（HCL）の量子研究者David Arvidsson-Shukur氏である。また、ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所、パウル・シェラー研究所、チューリッヒ工科大学（ETHチューリッヒ）の博士課程に在籍するAidan G. McConnell氏、メリーランド大学量子情報コンピューター科学共同センター（QuICS）および物理科学技術研究所（IPST）の非常勤助教授であるNicole Yunger Halpern氏も加わった。論文 「Non-classical Advantage in Metrology Established via Quantum Simulations of Hypothetical Closed Timelike Curves」だ。

量子論の領域では、エンタングルメント（もつれ）とは、粒子群が生成されたり、相互作用したり、量子状態が同一になるような形で近接性を共有したりすることを指す。物理学者が1世紀以上にわたって観察してきたように、これらの粒子は、たとえ膨大な距離で離ればなれになっても（アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだもの）、ずっとこの状態を維持する。これは量子コンピュータの基礎であり、古典的なコンピュータでは複雑すぎる計算を実行するために、もつれた粒子が使われる。

粒子が時間をさかのぼることができるかどうかも、物理学者の間でかなりの議論の対象となっている。物理学者たちはこれまでにも、そのような「時間旅行」がどのように起こるかについてのモデルをシミュレーションしてきたが、ケンブリッジ大学の研究チームは、自分たちの理論を、量子論を使って高感度な測定を行う量子計測学に結びつけるという新しいアプローチをとった。その結果、ケンブリッジ大学の研究チームは、エンタングルメントが、他の方法では不可能と思われる問題を解決できることを示した。ケンブリッジ大学のプレスリリースの中で、主執筆者のArvidsson-Shukurは次のように述べている：

「誰かにプレゼントを送りたいとき、3日目に届くように1日目に送る必要があるとします。しかし、その人の欲しいものリストを受け取ったのは2日目です。つまり、この時系列を無視したシナリオでは、相手が何をプレゼントとして欲しがるかを事前に知ることは不可能であり、正しいものを確実に送ることもできない。では、2日目に受け取った欲しいものリストの情報を使って、1日目に送るものを変えられるとしよう。私たちのシミュレーションでは、量子もつれ操作を使って、最終的な結果を確実に自分の望むものにするために、過去の行動を遡及的に変更する方法を示しています」。

実験では、研究チームは2つの粒子をもつれさせた。最初の粒子は実験に使われるために送られ、2番目の粒子は別に管理された。実験では、2番目の粒子を操作して1番目の粒子の過去の状態を効果的に変化させ、実験結果を変えた。量子コンピューターやその他の技術との関連性を示すために、研究チームは量子計測を取り入れた。従来の計測実験では、光子は試料に導入される前に準備され、特殊なカメラで登録される。

その結果、研究チームは、サンプルに到達してから光子の準備方法を知ったとしても、タイムトラベルシミュレーションを使って元の光子を遡及的に変化させることができることを示した。しかし、この効果は4回の実験のうち1回でしか観測できず、シミュレーションは75％の確率で失敗することになる。理論家たちは、失敗の可能性が高いことを打ち消すために、多くのもつれた光子を送ることを提案している。

また、フィルターを使って “未補正”の光子を除去し、その間に更新された光子がカメラに届くようにすることも勧めている。Arvidsson-Shukuによれば、この実験ではせいぜい4分の1の確率で望ましい結果が得られるという。さらに、「贈り物」が安価であれば、長期間にわたって多くの「贈り物」を送ることができ、最終的には統計的に有意な数の望ましい結果を導くことができる。もちろん、Arvidsson-Shukuたちは、これが伝統的な意味での「タイムトラベル」ではないことを強調している：

「私たちの実験を成功させるためにフィルターを使う必要があるということは、実はとても心強いことなのです。私たちのタイムトラベルシミュレーションが毎回うまくいっていたら、世界はとても奇妙なことになってしまいます。相対性理論や、私たちが宇宙についての理解を深めているすべての理論は、窓から消えてしまうでしょう。私たちが提案しているのはタイム・トラベル・マシンではなく、量子力学の基礎を深く掘り下げることなのだ。このシミュレーションでは、過去に戻って過去を変えることはできませんが、昨日の問題を今日修正することで、より良い明日を創造することができるのです」。

このチームの研究は、スウェーデン・アメリカ財団、ラース・ヒエルタ記念財団、ガートン・カレッジ、UKリサーチ・アンド・イノベーション（UKRI）の一部である工学・物理科学研究評議会（EPSRC）の支援を受けている。

この記事は、MATT WILLIAMS氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。