Вчені вперше створили квантовий обчислювальний експеримент для вивчення динаміки червоточин — тобто коротких шляхів у просторі-часі, які могли б обійти космічні обмеження швидкості теорії відносності.
Традиційно червоточини є предметом наукової фантастики». Але дослідники, які стоять за експериментом, про який повідомляється в номері журналу Nature від 1 грудня, сподіваються, що їхня робота допоможе фізикам вивчити це явище по-справжньому.
Але поки що не пакуйте валізи на Альфу Центавра: ця симуляція червоточини — не що інше, як симуляція, аналогічна створеній комп’ютером чорній дірі або надновій. І фізики досі не бачать жодних умов, за яких можна було б створити червоточину. Хтось мав би спочатку створити негативну енергію.
Основною метою дослідження було пролити світло на концепцію, відому як квантова гравітація, яка прагне об’єднати теорії загальної теорії відносності та квантової механіки. Ці дві теорії зробили чудову роботу, пояснивши, як працює гравітація і як структурований субатомний світ, відповідно, але вони не дуже добре збігаються одна з одною.
Одне з головних питань: чи може телепортація через червоточину відповідати принципам, які лежать в основі квантової заплутаності. Це квантове явище краще зрозуміле, і воно навіть було продемонстровано в реальному світі завдяки дослідженню, удостоєному Нобелівської премії: воно передбачає зв’язок субатомних частинок або інших квантових систем у спосіб, який допускає те, що Альберт Ейнштейн називав «моторошною дією на відстані». »
Спіропулу та її колеги, включаючи головних авторів Даніеля Джафферіса та Олександра Злокапу, створили комп’ютерну модель, яка застосовує фізику квантової заплутаності до динаміки червоточини. Їхня програма базувалася на теоретичній основі, відомій як модель Сачдева-Є-Китаєва, або SYK.
Велика складність полягала в тому, що програму потрібно було виконати на квантовому комп’ютері. Чіп квантової обробки Sycamore від Google був достатньо потужним, щоб впоратися з цим завданням за допомогою звичайних інструментів машинного навчання.
Дослідники вставили квантовий біт, або кубіт, закодованої інформації в одну з двох заплутаних систем, а потім спостерігали, як інформація виходить з іншої системи. З їхньої точки зору, це було так, ніби кубіт пройшов між чорними дірами через червоточину.
«Потрібно було дуже багато часу, щоб отримати результати, і ми самі себе здивували результатом», — сказала дослідник Каліфорнійського технологічного інституту Саманта Девіс, один із співавторів дослідження.
Команда виявила, що симуляція червоточини дозволяє інформації перетікати від однієї системи до іншої, коли застосовувався комп’ютеризований еквівалент негативної енергії, але не тоді, коли замість неї застосовувалася позитивна енергія. Це відповідає тому, що теоретики очікують від червоточини в реальному світі.
Оскільки квантові схеми стають все складнішими, дослідники прагнуть провести точне моделювання поведінки червоточини, що може призвести до нових поворотів у фундаментальних теоріях.
«Зв’язок між квантовою заплутаністю, простором-часом і квантовою гравітацією є одним із найважливіших питань у фундаментальній фізиці та активною сферою теоретичних досліджень», — сказав Спіропулу. «Ми раді зробити цей невеликий крок до тестування цих ідей на квантовому обладнанні та будемо продовжувати».