Američki znanstvenici kreirali su po prvi put kvantni računalni eksperiment za proučavanje dinamike crvotočina. Crvotočine su prečaci kroz prostor-vrijeme koji bi mogli zaobići ograničenja koja putovanju kroz svemirska prostranstva nameće kreetanje brzinom svjetlosti.
Autori nove studije, objavljene u znanstvenom časopisu Nature, nadaju se se da će njihov rad pomoći fizičarima da stvarno prouče fenomen crvotočina.
Pronašli smo kvantni sustav koji pokazuje ključna svojstva gravitacijske crvotočine, a ipak je dovoljno malen za implementaciju na današnjem kvantnom hardveru, rekla je Maria Spiropulu, fizičarka s Caltecha u priopćenju za javnost.
Ipak, daleko je još prerano za početak pakiranja kofera za put do prve najbliže galaksije, jer nova studija ne predstavlja ništa više od funkcionalne simulacije, koja je analogna računalnim simulacijama crih rupa ili supernovi. S druge strane, fizičari još uvijek ne vide nikakve uvjete pod kojima bi se zapravo mogla stvoriti crvotočina kojom se može putovati. Netko bi, naime, prvo morao stvoriti negativnu energiju.
Cilj istraživanja
Glavni cilj istraživanja bio je rasvijetliti koncept poznat kao kvantna gravitacija, koji nastoji objediniti teorije opće relativnosti i kvantne mehanike. Te su dvije teorije odlično objasnile kako gravitacija funkcionira i kako je strukturiran subatomski svijet, ali problem je što se međusobno ne poklapaju baš dobro.
Jedno od velikih pitanja usredotočuje se na to može li teleportacija u crvotočinu slijediti principe koji stoje iza kvantne zapletenosti.
Velik izazov
Spiropulu i njezini kolege, uključujući glavne autore Daniela Jafferisa i Alexandera Zlokapu, stvorili su računalni model koji primjenjuje fiziku kvantne zapletenosti na dinamiku crvotočine. Njihov se program temeljio na teoretskom okviru poznatom kao Sachdev-Ye-Kitaev model ili SYK model.
Veliki izazov bio je taj što se program morao izvršiti na kvantnom računalu. Googleov čip za kvantnu obradu Sycamore bio je dovoljno snažan da preuzme zadatak, uz pomoć konvencionalnih alata za strojno učenje.
Upotrijebili smo tehnike strojnog učenja kako bismo pronašli i pripremili jednostavan kvantni sustav sličan SYK-u koji bi se mogao kodirati u trenutnim kvantnim arhitekturama i koji bi sačuvao gravitacijska svojstva. Drugim riječima, pojednostavili smo mikroskopski opis kvantnog sustava SYK i proučili rezultirajući učinkovit model koji smo pronašli na kvantnom procesoru, pojasnila je Spiropulu.
Istraživači su umetnuli kvantni bit, ili qubit, kodirane informacije u jedan od dva isprepletena sustava te zatim su promatrali kako informacija izlazi iz drugog sustava. Iz njihove perspektive, to je bilo kao da je kubit prošao kroz crvotočinu između crnih rupa.
Trebalo je jako puno vremena da dođemo do rezultata i sami smo sebe iznenadili ishodom, rekla je Samantha Davis, koautorica studije i znanstvenica s Caltcha.
Rezultati se poklapaju s teorijama
Znanstvnici su otkrili da je simulacija crvotočine omogućila protok informacija iz jednog sustava u drugi kada je primijenjen računalni ekvivalent negativne energije, ali ne i kada je umjesto toga primijenjena pozitivna energija. To odgovara onome što bi teoretičari očekivali od crvotočine u stvarnom svijetu.
Kako kvantni sklopovi postaju sve složeniji, znanstvnici namjeravaju provesti preciznije simulacije ponašanja crvotočine, što bi moglo dovesti do novih zaokreta u temeljnim teorijama.
Odnos između kvantne zapletenosti, prostor-vremena i kvantne gravitacije jedno je od najvažnijih pitanja u fundamentalnoj fizici i aktivno područje teorijskog istraživanja. Uzbuđeni smo što poduzimamo ovaj mali korak prema testiranju ovih ideja na kvantnom hardveru i nastavit ćemo u tom smijeru, poručila je Spiropulu, piše N1.
