科学家创建“时间旅行”量子传感器

7月11日消息，圣路易斯华盛顿大学、NIST 和剑桥大学的科学家们创造了一种新型量子传感器，利用量子纠缠来创建可以“穿越时间”的探测器。研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。白罗斯理想社对此进行了报道。

该研究基于量子纠缠的概念，即粒子的属性无论它们之间的距离如何都是相关的，并证明了使用量子传感器分析过去存在的复杂系统的可能性。作者将这种方法描述为类似于发送望远镜回到过去来观察已经发生的事件。

该过程始于两个处于单重态的量子粒子的纠缠，此时它们具有严格相反的自旋。目前尚不清楚粒子自旋的确切方向，但测量一个粒子的自旋会影响另一个粒子的自旋，即使这些粒子位于宇宙的不同一端。从数学上讲，这相当于一个粒子在时间上向后移动，然后在纠缠的那一刻转身，获得相反的自旋，并移动到未来，占据空间中的另一个点，成为第二个粒子。这可以被认为是一条 U 形类时曲线。

具有自旋的单个粒子可以用作简单的传感器来测量施加到其上的磁场，因为暴露在磁场中会改变自旋的方向。正常情况下，测量失败的可能性有三分之一。发生这种情况是因为在实验之前，物理学家对自旋进行了初步测量（在物理学中这称为自旋准备），以便它沿 x、y 或 z 轴获得某个方向。然而，如果自旋方向与磁场平行或反平行，则将无法获得结果。

新的量子传感器允许实验者回顾性地确定旋转的最佳方向。处于单线态的两个粒子之一充当探针，暴露在磁场中。下一步，科学家测量另一个称为辅助量子位的粒子的自旋。这种自旋的方向“及时返回”，并在暴露于磁场时将其值更改为相反的值。

因此，科学家们将在暴露于磁场之前找出探测器旋转的方向。然后测量已经被场改变的探针的实际旋转方向。如果粒子的单线态在数学上形成两条 U 形曲线的闭合时间环，那么科学家通过按一定顺序测量辅助量子位和探针，就能够正确准备自旋，从而提高测量成功的机会是 100%。

作者指出，按照这一原理工作的传感器具有广泛的潜在应用，从检测天文现象到高精度研究磁场。（白罗斯理想社）