Квантовый мост в реальности: как физики создали голографическую «червоточину» 0:00
Учёные из команды Quanta Magazine совместно с Google Quantum AI совершили прорыв, продемонстрировав на квантовом компьютере поведение, эквивалентное проходимой червоточине (кротовой норе). Это достижение стало важным шагом в попытке объединить квантовую механику и общую теорию относительности — две фундаментальные основы физики, которые десятилетиями не удавалось согласовать.
📜 Теоретический фундамент: ER = EPR 0:58
История этого эксперимента уходит корнями в 1935 год, когда Альберт Эйнштейн опубликовал две фундаментальные работы, казавшиеся тогда не связанными:
- Мосты Эйнштейна-Розена (ER): Эйнштейн и Натан Розен описали решения уравнений общей теории относительности, позволяющие соединить две удаленные точки пространства-времени «мостом» или червоточиной. Однако математически эти проходы оказались крайне нестабильными: они схлопываются быстрее, чем через них что-либо успевает пройти.
- Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена (EPR): В другой статье того же года авторы описали квантовую запутанность — явление, при котором квантовые состояния частиц остаются связанными независимо от расстояния. Эйнштейн был скептичен к этому феномену, называя его «жутким действием на расстоянии».
Ситуация радикально изменилась в 2013 году, когда Хуан Малдасена (Juan Maldacena) и Леонард Сасскинд (Leonard Susskind) выдвинули дерзкую гипотезу: ER = EPR. Они предположили, что квантовая запутанность и червоточины — это разные способы описания одного и того же физического объекта. По мнению исследователей, наличие квантовой запутанности между двумя чёрными дырами неизбежно означает наличие соединяющей их червоточины.
💻 Эксперимент на квантовом процессоре Google 5:26
Поскольку создать реальную чёрную дыру в лаборатории невозможно, учёные решили проверить эту теорию с помощью квантового компьютера, используя голографическую дуальность — своего рода «словарь», позволяющий переводить квантовые системы в гравитационные описания.
Экспериментаторы столкнулись с серьёзным препятствием: для симуляции «чистой» теоретической червоточины требовалась система такого размера, что она была невыполнима на существующих мощностях.
Чтобы решить эту задачу, команда применила инновационный подход:
- Кодирование (Coarse-graining): Исследователи выбросили второстепенные компоненты системы, сохранив лишь те параметры, которые критически важны для гравитационных свойств.
- Нейросетевая оптимизация: Система была переписана как задача машинного обучения. Параметры червоточины были обработаны как веса нейронной сети, что позволило сократить объем данных, сохранив при этом физическую суть.
В результате удалось «ужать» систему из 210 членов до размера, помещающегося на квантовом чипе Google.
🚀 Проход сквозь червоточину 11:32
В ходе эксперимента физики воздействовали на систему импульсом «отрицательной энергии», что, согласно теории, делает червоточину проходимой.
- Кубит (квантовый бит) подавался на одну сторону системы.
- Информация о кубите «распределялась» по всей квантовой системе благодаря запутанности.
- Затем, как и предсказывали теоретики, информация «сфокусировалась» в единый кубит, выходящий с другой стороны системы.
По словам исследователей, это наблюдаемое поведение полностью соответствует физике гравитационной червоточины. Участники эксперимента отмечают, что, хотя на физическом уровне в процессоре не происходит искривления пространства-времени, математическая «физика» процесса идентична гравитационной, что служит прямым подтверждением гипотезы ER = EPR.
🌌 Будущее квантовой гравитации 15:06
Авторы проекта считают, что этот эксперимент — лишь начало. По мере увеличения мощности квантовых компьютеров физики планируют изучать состояния сильно запутанной материи, которые ранее были недоступны для наблюдения.
По мнению исследователей, в ближайшие 20 лет развитие квантовых технологий позволит не только глубже понять природу квантовой гравитации, но и, возможно, задать вопросы, которые сегодня физики даже не могут сформулировать.
