За първи път учени са създали квантов компютърен експеримент за изучаване на динамиката на червеевите дупки - т.е. преки пътища през пространство-времето, които могат да заобиколят ограниченията на космическата скорост на теорията на относителността.
Червеевите дупки традиционно са предмет на научната фантастика, но авторите на експеримента, за който се съобщава в броя на списание Nature от 1 декември, се надяват, че работата им ще помогне на физиците да изследват явлението реално.
"Открихме квантова система, която проявява ключови свойства на гравитационна червеева дупка, но е достатъчно малка, за да се реализира на днешния квантов хардуер", заявява физикът от Калифорнийския технологичен институт Мария Спиропулу (Maria Spiropulu) в съобщение за медиите. Спиропулу, водещ автор на статията в Nature, е главен изследовател на програмата Quantum Communication Channels for Fundamental Physics (Квантови комуникационни канали за фундаментална физика).
Все още не е време за пътуване за Алфа Кентавър - тази симулация на червеева дупка не е нищо повече от симулация, аналогична на компютърно генерирана черна дупка или свръхнова. А физиците все още не виждат условия, при които реално може да се създаде преодолима червеева дупка. Някой би трябвало първо да създаде отрицателна енергия. (вж "Двама физици показаха как на теория могат да се създадат проходими червееви дупки")
Основната цел на изследването е била да се хвърли светлина върху концепция, известна като квантова гравитация, която се стреми да обедини теориите на Общата теория на относителността и квантовата механика. Тези две теории вършат отлична работа, за да обяснят съответно как работи гравитацията и как е устроен субатомният свят, но не се съгласуват добре една с друга.
Един от големите въпроси се фокусира върху това дали телепортацията през червеева дупка може да следва принципите, които стоят зад квантовото вплитане. Това квантово явление е по-добре разбрано и дори е демонстрирано в реалния свят благодарение на изследвания, отличени с Нобелова награда - свързване на субатомни частици или други квантови системи по начин, който позволява това, което Алберт Айнщайн нарича "призрачно действие на разстояние".
Кредит: StarTalk
В истинска червеева дупка това пътуване до голяма степен ще бъде медиирано от гравитацията, но холографската червеева дупка използва квантови ефекти като заместител на гравитацията, за да премахне относителността от уравнението и да опрости системата. Това означава, че когато съобщението преминава през червеевата дупка, то всъщност се подлага на квантова телепортация – процес, чрез който информация за квантовите състояния може да бъде изпратена между две отдалечени, но квантово заплетени частици. За тази симулация „съобщението“ бе сигнал, съдържащ квантово състояние – кубит в суперпозиция както е 1, така и 0.
Спиропулу и нейните колеги създават компютърен модел, който прилага физиката на квантовото вплитане към динамиката на червейните дупки. Тяхната програма се основава на теоретична рамка, наречена модел на Сачдев-Йе-Китаев или SYK.
Голямото предизвикателство пред изследването според прессъобщението е, че програмата е трябвало да бъде изпълнена на квантов компютър - Sycamore на Google е достатъчно мощен, за да се справи със задачата, с помощта на конвенционални инструменти за машинно обучение.
Изследователите вмъкнали квантов бит (кубит), с кодирана информация в една от две вплетени системи - и след това наблюдавали как информацията излиза от другата система. От тяхна гледна точка това е все едно кубитът да премине през червеева дупка.
Екипът установи, че симулацията на червеева дупка позволява на информацията да преминава от едната система в другата, когато се прилага компютърният еквивалент на отрицателна енергия, но не и когато вместо това се прилага положителна енергия. Това съответства на очакванията на теоретиците за реална червеева дупка.
Тъй като квантовите вериги стават все по-сложни, изследователите имат за цел да проведат по-точни симулации на поведението на червеевите дупки - което може да доведе до нови обрати във фундаменталните теории.
Питър Уойт (Peter Woit), физик-теоретик от Колумбийския университет критикува гръмките заглавия в медиите за това и подобни изследвания на този колектив.
"Това е вид PR усилие за резултат от физиката, което съм виждал преди само за неща като откритията на гравитационните вълни и на Хигс бозона. Предполагам, че би било подходящо, ако някой наистина беше построил червеева дупка в лаборатория и телепортира информация през нея, както се рекламира".
"Твърдението, че "физици създават червеева дупка", е пълна глупост, а огромната кампания за заблуждаване на обществеността по този въпрос е позорна и крайно неполезна за доверието към физическите изследвания в частност и към науката като цяло", пише Уойт в блога си, наречен "Дори не е грешка" (Not Even Wrong).
Симулацията използва само 9 квантови бита или кубити, така че е с много ниска разделителна способност. Подобно на снимка на птица, направена отдалеч, то показва същата обща форма като обекта, но симулацията е трябвало да бъде внимателно коригирана, за да покаже характеристиките на червеева дупка.
„Ако искате да видите това като червеева дупка, има редица паралели, но определено е въпрос на тълкуване“, коментира за New Scientist Адам Браун (Adam Brown) от Станфордския университет в Калифорния, който не е участвал в тази работа.
Използването на по-мощен квантов компютър може да помогне да се фокусира изображението. „Това е дупка бебе, първа стъпка за тестване на теориите за квантовата гравитация и тъй като квантовите компютри се увеличават, трябва да започнем да използваме по-големи квантови системи, за да се опитаме да тестваме по-големите идеи в квантовата гравитация“, разказва Спиропулу.
Справка: “Traversable wormhole dynamics on a quantum processor” by Daniel Jafferis, Alexander Zlokapa, Joseph D. Lykken, David K. Kolchmeyer, Samantha I. Davis, Nikolai Lauk, Hartmut Neven and Maria Spiropulu, 30 November 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05424-3
Източник:
Scientists Send Quantum Data Through a Simulated Wormhole, Universe Today
This Week’s Hype, Peter Woit, Not Even Wrong
A quantum computer has simulated a wormhole for the first time, New Scientist
Още по темата
Космос
Български физици: Червеевите дупки може вече да са открити
Физика
Червеевите дупки могат да са стабилни преки пътища през пространство-времето според нова теория
Физика
Физици предлагат напълно "проходими за човек" теоретични червееви дупки
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари