Hur man bygger en superluminal dator

Ljusets hastighet representerar en av de grundläggande gränserna för fysikens lagar. Ingenting kan färdas snabbare än ljusets hastighet, eller hur?

Jo, ja och nej, säger Volkmar Putz och Karl Svozil vid Wiens tekniska universitet i Österrike. De säger att det finns flera sätt som signaler kan korsa den superluminala linjen, även om inget av dem tillåter den typ av tidsreseparadoxer som är älskade av science fiction-författare. Till exempel uppstår kvantfenomenet intrassling när två kvantpartiklar beskrivs av samma vågfunktion. Dessa partiklar kan separeras av universums diameter och ändå kommer en mätning på den ena omedelbart att påverka den andra.

Så kallade icke-lokala fenomen kan inte användas för att överföra information snabbare än ljusets hastighet, men Putz och Svozil frågar idag om det kan användas för att bearbeta det, för att utföra beräkningsuppgifter vid superluminala hastigheter. De säger att det inte finns någon anledning till varför inte, förutsatt att behandlingen inte leder till några tidsreseparadoxer.

Hur kan en sådan maskin fungera? Putz och Svozil påpekar att icke-lokala fenomen kan leda till material där brytningsindex är mindre än ett, vilket tillåter superluminala hastigheter. Till exempel kan ljus som färdas genom ett vakuum fås att spontant formas till ett elektron-positronpar – ett intrasslat par – som sedan rekombinerar för att bilda en foton igen. Denna process sker omedelbart, vilket gör att fotonen effektivt kan hoppa över rymden.

Ett material där denna typ av parbildning och rekombination främjades skulle ha ett brytningsindex som är mindre än ett, säger de. Olika fysiker har föreslagit sådana material gjorda av saker som metamaterial. Putz och Svozil själva föreslår att ett vakuum fyllt med antingen elektroner eller positroner skulle göra susen.

Efter att ha skapat ett medium där brytningsindexet är mindre än ett, är Putz och Svozils idé helt enkelt att fördjupa en dator i det. Den enkla handlingen (och förmodligen någon smart design för att skapa en optisk dator i första hand) skulle tillåta superluminal beräkning att äga rum.

Förutsatt att den här enheten faktiskt kunde byggas, vad skulle du kunna göra med en superluminal dator? Det är en bra fråga som Putz och Svozil inte tar upp direkt. De säger att en sådan enhet skulle falla in i en klass av bearbetningsmaskiner som kallas hyperdatorer. Dessa är hypotetiska enheter kraftfullare än Turing-maskiner, som tillåter icke-Turing-beräkningar. De diskuterades först av Alan Turing på 1930-talet.

I teorin kan hyperdatorer beräkna vissa typer av annars icke beräkningsbara funktioner. Det låter praktiskt men även om det finns oräkneligt många icke-beräknade funktioner är det faktiskt ganska svårt att komma på ett exempel som kan verka användbart. Om du har några idéer, lägg upp dem i kommentarsfältet.

Annars luta dig tillbaka och vänta på en ny era av superluminala hypdatorer. Men håll inte andan.

Ref: arxiv.org/abs/1003.1238 : På den fysiska gränsen för kommunikationshastighet genom ljussignaler

Dölj