Квантовый мост: как физики «создали» червоточину на компьютере 🚀 0:01
Современная теоретическая физика давно стремится объединить общую теорию относительности Альберта Эйнштейна с квантовой механикой в единую структуру квантовой гравитации. Недавнее исследование, представленное группой физиков на World Science Festival, демонстрирует прорыв в этом направлении: вместо строительства гигантских коллайдеров ученые использовали квантовый компьютер для моделирования процесса, который связывает квантовую запутанность и геометрию пространства-времени. В дискуссии приняли участие физики Джозеф Ликкен (Joseph Lykken), Мария Спиропулу (Maria Spiropulu) и Даниил Джаферис (Daniel Jafferis).
🌌 Наследие 1935 года: запутанность и мосты Эйнштейна 3:50
Фундаментом работы послужили две знаковые статьи Альберта Эйнштейна, опубликованные в 1935 году, которые изначально считались не связанными друг с другом:
- Квантовая запутанность (Эйнштейн, Подольский, Розен): Квантовое состояние, при котором частицы обмениваются информацией, даже находясь на огромном расстоянии. Эйнштейн называл это «жутким действием на расстоянии».
- Червоточины или мосты Эйнштейна — Розена (Эйнштейн, Розен): Конфигурация пространства-времени, выглядящая как две черные дыры, соединенные внутри «туннелем».
Долгое время считалось, что червоточины — лишь математический артефакт, так как классическая гравитация запрещала их прохождение. Однако современная интерпретация, развиваемая Хуаном Малдасеной (Juan Maldacena) и Леонардом Сасскиндом (Leonard Susskind), предполагает гипотезу ER = EPR: квантовая запутанность (EPR) и червоточины (ER) являются двумя аспектами одной физической реальности. По мнению участников, именно глубокая связь между ними позволяет использовать квантовую телепортацию как протокол для «прохождения» через червоточину.
💻 Эксперимент на квантовом компьютере Sycamore 22:34
Целью ученых было воплощение этой теории в реальный эксперимент. Поскольку полное моделирование квантовых систем требует немыслимых ресурсов, исследователи использовали оптимизированную модель для работы на процессоре Google Sycamore.
Основные этапы и детали эксперимента:
- Ресурсы: Использовались 9 лучших кубитов процессора с уровнем ошибок около 0,3%.
- Метод: Процесс телепортации кубита через квантовую систему интерпретировался как прохождение частицы через червоточину.
- Роль «телефонного звонка»: В квантовой телепортации необходимо передать классическую информацию после измерения, чтобы восстановить состояние. В гравитационном описании этот «звонок» соответствует выбросу отрицательной энергии, который на мгновение открывает червоточину.
Результаты эксперимента показали, что система работала «на пределе»: при текущем уровне шума сигнал телепортации был едва различим, но он статистически значимо отличался от отсутствия взаимодействия. Участники подчеркивают, что при увеличении числа кубитов до 50–100 классическое моделирование станет невозможным, что позволит задавать более глубокие вопросы о природе гравитации внутри «червоточины».
⚠️ Дискуссия о реальности «созданной» червоточины 36:20
Ученые признают, что возникло много споров о том, можно ли называть этот эксперимент реальным созданием червоточины.
- Позиция Ликкена и Спиропулу: Они отмечают, что это не «дыра в лаборатории», а скорее «первый детский шаг» в направлении изучения того, как из динамики квантовой системы возникает пространство-время.
- Спекулятивность: Существует гипотеза, что даже небольшое количество запутанности может соответствовать «квантовой нити» пространства, однако для полноценной гравитационной интерпретации системы слишком малы (соответствуют случаю $N = \infty$).
- Значение: По мнению Спиропулу, квантовые компьютеры становятся комплементарным инструментом к коллайдерам: они не заменяют их, а предоставляют новый способ зондирования физических явлений, которые ранее считались недоступными для эксперимента.
