Авторам нового исследования, опубликованного в журнале Nature, удалось выполнить первую квантовую «симуляцию» голографической червоточины (кротовой норы или моста Эйнштейна — Розена) с помощью квантового компьютера.
К сожалению, они не сгенерировали реальный туннель сквозь пространство-время, но им удалось создать квантовую установку, которая ведет себя так же, как частица, путешествующая через червоточину.
Как известно, существование кротовых нор допускается некоторыми решениями общей теории относительности, которая все еще является нашим лучшим понимаем природы гравитации. Однако мы знаем, что теории относительности (общая и специальная) все же ограничены, так как они перестают работать с квантовой механикой (с микромиром). Объединение этих двух теории является одним из ключевых направлений современной физики, и один из способов сделать это — квантовая гравитация, представляющая собой направление в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия.
Трудности квантовой гравитации
Среди проблем создания теории квантовой гравитации есть так называемый голографический принцип. Точно так же, как голограмма использует информацию двух измерений для создания видимости трехмерного объекта, голографический принцип утверждает, что в квантовой гравитации можно понять свойства трехмерного (сложного) объекта, изучая эффекты на более низком уровне. Это может упростить наше понимание многих «проблемных» явлений во Вселенной.
Одной из таких проблем являются червоточины. Общая теория относительности допускаем существование кротовых нор, но для их существования требуется отрицательная энергия — форма энергии, которая пока не была обнаружена во Вселенной. Но теоретическая работа в области квантовой гравитации обнаружила возможное сходство между предсказываемым механизмом функционирования червоточин и явлением, называемым квантовой телепортацией. И тут, следуя голографическому принципу, ученые решили воспользоваться квантовым компьютером для создания голографической модели моста Эйнштейна — Розена, взяв за основу квантовую телепортацию.
Столь нетипичный подход позволил провести первое в истории испытание квантовой гравитации, используя для этих целей квантовый компьютер на базе процессора Google Sycamore (Sycamore processor), который состоит из 53 кубитов (в эксперименте были задействованы «всего» девять). Напомним, что кубит — наименьшая информационная единица в квантовом компьютере, использующаяся для квантовых вычислений. В ходе эксперимента, о котором сказано в начале статьи, кубит телепортировался через процессор таким же образом, как если бы он путешествовал по проходимой червоточине в двух измерениях.
«Мы нашли квантовую систему, демонстрирующую ключевые свойства гравитационной червоточины, которая при этом достаточно мала, чтобы ее можно было реализовать на современном квантовом оборудовании, — прокомментировала эксперимент Мария Спиропулу, физик-экспериментатор, профессор Калифорнийского технологического института и ведущий автор исследования. — Эта работа представляет собой шаг к более крупной программе тестирования физики квантовой гравитации с использованием квантового компьютера. Он [квантовый компьютер] не заменяет прямые исследования квантовой гравитации, как другие запланированные эксперименты, которые в будущем могут исследовать эффекты квантовой гравитации с использованием квантового зондирования, но предлагает мощный испытательный стенд для проверки идей квантовой гравитации».
Команда, стоящая за исследованием, признает, что нынешнее экспериментальное представление о червоточине является приблизительным, очень грубым, но это решительный шаг вперед в создании методов изучения квантовой гравитации.
