Fizycy namówili cząsteczki światła, aby przechodziły jednocześnie przeciwne przemiany, tak jak człowiek zmienia się w wilkołaka, gdy wilkołak zmienia się w człowieka. W starannie zaprojektowanych obwodach fotony zachowują się tak, jakby czas płynął w kwantowej kombinacji ruchu do przodu i do tyłu.

„Po raz pierwszy mamy maszynę do podróży w czasie poruszającą się w obu kierunkach” – powiedziała Sonja Franke-Arnold, fizyk kwantowy z University of Glasgow w Szkocji, która nie była zaangażowana w badania.

Niestety dla fanów science fiction, urządzenia nie mają nic wspólnego z DeLoreanem z 1982 roku. Podczas eksperymentów, które zostały przeprowadzone przez dwa niezależne zespoły w Chinach i Austrii, zegary laboratoryjne nadal tykały do ​​przodu. Tylko fotony przelatujące przez obwody doświadczały chwilowych szaleństw. Nawet w przypadku fotonów naukowcy debatują, czy odwrócenie strzałki czasu jest rzeczywiste, czy symulowane.

Tak czy inaczej, kłopotliwe zjawisko może doprowadzić do powstania nowych rodzajów technologii kwantowej.

„Można wyobrazić sobie obwody, w których informacje mogą przepływać w obie strony” – powiedziała Giulia Rubino, badaczka z University of Bristol.

Wszystko w dowolnym momencie Wszystko naraz

Fizycy po raz pierwszy zdali sobie sprawę dziesięć lat temu, że dziwne zasady mechaniki kwantowej obalają zdroworozsądkowe pojęcia czasu.

Istota kwantowej dziwności polega na tym, że kiedy szukasz cząstki, zawsze znajdziesz ją w jednym, punktowym miejscu. Ale zanim zostanie zmierzona, cząsteczka zachowuje się bardziej jak fala; ma „funkcję fali”, która rozprzestrzenia się i faluje na wielu trasach. W tym nieokreślonym stanie cząstka istnieje w kwantowej mieszance możliwych lokalizacji, zwanej superpozycją.

W artykule opublikowanym w 2013 roku Giulio Chiribella, fizyk obecnie pracujący na Uniwersytecie w Hongkongu, wraz ze współautorami zaproponował obwód, który umieściłby wydarzenia w superpozycji porządków czasowych, wykraczając poza superpozycję lokalizacji w przestrzeni. Cztery lata później Rubino i jej współpracownicy bezpośrednio eksperymentalnie zademonstrowali ten pomysł. Wysłali foton po superpozycji dwóch ścieżek: jednej, w której doświadczał zdarzenia A, a następnie zdarzenia B, oraz drugiej, w której doświadczał B, a następnie A. W pewnym sensie każde zdarzenie wydawało się powodować drugie, zjawisko, które stało się nazywana przyczynowością nieokreśloną.

Chiribella i jego kolega, Zixuan Liu, nie zadowalając się jedynie zakłócaniem porządku wydarzeń, gdy czas płynął naprzód, wycelowali w kierunek marszu lub strzałę samego czasu. Szukali aparatu kwantowego, w którym czas wszedł w superpozycję przepływu z przeszłości do przyszłości i odwrotnie – nieokreśloną strzałkę czasu.

Aby to zrobić, Chiribella i Liu zdali sobie sprawę, że potrzebują systemu, który mógłby podlegać przeciwnym zmianom, jak metronom, którego ramię może obracać się w lewo lub w prawo. Wyobrażali sobie umieszczenie takiego systemu w superpozycji, podobnie jak muzyk, który jednocześnie przesuwa metronom kwantowy w prawo iw lewo. Opisali schemat budowy takiego systemu w 2020 roku.

Czarodzieje optyki natychmiast przystąpili do konstruowania pojedynkujących się strzał czasu w laboratorium. Jesienią ubiegłego roku sukces odniosły dwa zespoły.

Gra na dwa czasy

Chiribella i Liu wymyślili grę, w której tylko kwantowy dwuczasowiec może się wyróżniać. Gra ze światłem polega na wystrzeliwaniu fotonów przez dwa kryształowe gadżety, A i B. Przejście do przodu przez gadżet zmienia polaryzację fotonu o wartość zależną od ustawień gadżetu. Przejście wstecz przez gadżet zmienia polaryzację w dokładnie odwrotny sposób.

Przed każdą rundą gry sędzia potajemnie ustawia gadżety na jeden z dwóch sposobów: Ścieżka do przodu przez A, a następnie do tyłu przez B albo przesunie funkcję falową fotonu względem ścieżki odwróconej w czasie (wstecz przez A, a następnie dalej przez B), albo nie. Gracz musi dowiedzieć się, jakiego wyboru dokonał sędzia. Po tym, jak gracz ułoży gadżety i inne elementy optyczne w dowolny sposób, wysyła foton przez labirynt, być może dzieląc go na nałożenie dwóch ścieżek za pomocą na wpół posrebrzanego lustra. Foton trafia do jednego z dwóch detektorów. Jeśli gracz ustawił swój labirynt w wystarczająco sprytny sposób, kliknięcie detektora z fotonem ujawni wybór sędziego.