Ученые смоделировали «кротовую нору» с помощью квантового компьютера

Исследователи смогли выполнить первое квантовое «моделирование» голографической червоточины с помощью квантового процессора. К сожалению, они не создали туннель сквозь пространство и время, но они смогли создать квантовую установку, которая ведет себя точно так же, как частица, проходящая через «кротовую нору» (червоточину). И этот подход может оказаться бесценным для преодоления существующих ограничений физики.

Фото из открытых источников

Червоточина, которую также называют мостом Эйнштейна-Розена, является теоретическим решением общей теории относительности. Но мы знаем, что она не работает с квантовой механикой. Соединение этих двух теорий является главной задачей современной физики, и один из способов сделать это - использовать теорию, называемую квантовой гравитацией.

Среди различных краеугольных камней квантовой гравитации есть так называемый голографический принцип. Точно так же, как голограмма использует информацию в двух измерениях для создания внешнего вида трехмерного объекта, принцип утверждает, что в квантовой гравитации можно понять свойства трехмерного объекта, изучая эффекты на границе нижнего измерения. Это может упростить многие проблемы.

Одной из таких проблем являются червоточины. В общей теории относительности математика допускает существование червоточин, но они требуют отрицательной энергии – чего-то, чего не было найдено в физике. Но теоретическая работа, проведенная в области квантовой гравитации, обнаружила сходство между червоточинами и процессом, называемым квантовой телепортацией. И гораздо проще смоделировать червоточину, превратив ее в голографическую.

Это соединение позволило провести первое испытание квантовой гравитации на реальном квантовом компьютере - процессоре Google Sycamore. Система использует девять кубитов – квантовых битов, основных информационных единиц, используемых для выполнения вычислений в квантовых компьютерах. Кубит телепортировался через процессор таким образом, что это было эквивалентно его перемещению через проходимую червоточину в двух измерениях.

«Мы нашли квантовую систему, которая обладает ключевыми свойствами гравитационной червоточины, но при этом достаточно мала для реализации на современном квантовом оборудовании», - заявляет старший автор исследования, профессора Марии Спиропулу из Caltech.

«Эта работа представляет собой шаг к более масштабной программе тестирования физики квантовой гравитации с использованием квантового компьютера. Он не заменяет прямые исследования квантовой гравитации таким же образом, как другие запланированные эксперименты, которые могут исследовать эффекты квантовой гравитации в будущем с помощью квантового зондирования, но он предлагает мощный испытательный стенд для реализации идей квантовой гравитации».

Команда признает, что представление о червоточине является приблизительным, но это шаг вперед в создании способов изучения квантовой гравитации. Исследователи планируют опираться на это, как с точки зрения используемого оборудования, так и с точки зрения лучшего теоретического понимания моделируемой проблемы квантовой гравитации.

Работа опубликована в журнале Nature.