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.

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 заплитане. 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 1, така и 0.

Спиропулу и нейните колеги създават компютърен модел, който прилага физиката на квантовото заплитане към динамиката на червеевите 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 заплетени 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.

“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

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