Një ‘wormhole’ e ndërtuar në një kompjuter kuantik

Për herë të parë, shkencëtarët kanë krijuar një eksperiment kompjuterik kuantik për studimin e dinamikës së vrimave të krimbave – domethënë, shkurtoret nëpër hapësirë-kohë që mund të kapërcejnë kufijtë e shpejtësisë kozmike të relativitetit.

Vrimat e krimbave janë tradicionalisht sende të fantashkencës, duke filluar nga udhëtimi i egër i Jodie Foster në “Contact” deri tek kthesat e komplotit që lakojnë kohën në Interstellar. Por studiuesit që qëndrojnë pas eksperimentit, të raportuar në numrin e 1 dhjetorit të revistës Nature, shpresojnë se puna e tyre do t’i ndihmojë fizikantët të studiojnë fenomenin realisht.

“Ne gjetëm një sistem kuantik që shfaq vetitë kryesore të një vrime krimbi gravitacional, por është mjaft i vogël për t’u zbatuar në pajisjen kuantike të sotme,” tha në një njoftim për shtyp fizikantja e Caltech, Maria Spiropulu. Spiropulu, autori kryesor i gazetës Nature, është hetuesi kryesor për një program kërkimor të financuar nga federale të njohur si Kanalet Kuantike të Komunikimit për Fizikën Fundamentale.

Mos i paketoni ende çantat për Alpha Centauri: Ky simulim i vrimës së krimbit nuk është gjë tjetër veçse një simulim, analog me një vrimë të zezë ose supernova të krijuar nga kompjuteri.

Dhe fizikanët ende nuk shohin ndonjë kusht në të cilin mund të krijohej një vrimë krimbi e kalueshme. Dikush duhet të krijojë energji negative së pari.

Fizikanti teorik nga Kolumbia, Peter Woit, paralajmëroi që të mos bësh shumë punë gjatë hulumtimit.

“Pretendimi se ‘Fizikantët krijojnë një vrimë krimbi’ është thjesht marrëzi e plotë, me fushatën e madhe për të mashtruar publikun në lidhje me këtë një turp, shumë i padobishëm për besueshmërinë e kërkimit të fizikës në veçanti dhe shkencës në përgjithësi,” shkroi ai në blogun e tij. e cila quhet As edhe e gabuar.

Qëllimi kryesor i hulumtimit ishte të hidhte dritë mbi një koncept të njohur si graviteti kuantik, i cili kërkon të unifikojë teoritë e relativitetit të përgjithshëm dhe mekanikës kuantike.

Këto dy teori kanë bërë një punë të shkëlqyeshme për të shpjeguar se si funksionon graviteti dhe si është strukturuar bota nënatomike, respektivisht, por ato nuk përputhen mirë me njëra-tjetrën.

Një nga pyetjet kryesore fokusohet nëse teleportimi i vrimës së krimbit mund të ndjekë parimet që qëndrojnë pas ngatërrimit kuantik.

Ky fenomen kuantik kuptohet më mirë dhe madje është demonstruar në botën reale, falë kërkimeve fituese të Nobelit: Ai përfshin lidhjen e grimcave nënatomike ose sistemeve të tjera kuantike në një mënyrë që lejon atë që Albert Einstein e quajti “veprim drithërues në distancë”. “

Spiropulu dhe kolegët e saj, duke përfshirë autorët kryesorë Daniel Jafferis dhe Alexander Zlokapa, krijuan një model kompjuterik që zbaton fizikën e ngatërrimit kuantik në dinamikën e vrimës së krimbit.

Programi i tyre bazohej në një kornizë teorike të njohur si modeli Sachdev-Ye-Kitaev, ose SYK.

Sfida e madhe ishte se programi duhej të ekzekutohej në një kompjuter kuantik. Çipi i përpunimit kuantik Sycamore i Google ishte mjaft i fuqishëm për të marrë përsipër detyrën, me ndihmën e mjeteve konvencionale të mësimit të makinerive.

“Ne kemi përdorur teknika të të mësuarit [makineri] për të gjetur dhe përgatitur një sistem të thjeshtë kuantik të ngjashëm me SYK që mund të kodohet në arkitekturat aktuale kuantike dhe që do të ruante vetitë gravitacionale,” tha Spiropulu.

“Me fjalë të tjera, ne thjeshtuam përshkrimin mikroskopik të sistemit kuantik SYK dhe studiuam modelin efektiv që rezultoi që gjetëm në procesorin kuantik.”

Studiuesit futën një bit kuantik, ose kubit, informacioni të koduar në një nga dy sistemet e ngatërruara – dhe më pas panë informacionin të dilte nga sistemi tjetër. Nga këndvështrimi i tyre, ishte sikur kubiti kalonte midis vrimave të zeza përmes një vrime krimbi.

“U desh shumë kohë për të arritur në rezultatet dhe ne u befasuam me rezultatin,” tha studiuesja e Caltech, Samantha Davis, një nga bashkautorët e studimit.

Ekipi zbuloi se simulimi i vrimës së krimbit lejoi që informacioni të rrjedhë nga një sistem në tjetrin kur aplikohej ekuivalenti i kompjuterizuar i energjisë negative, por jo kur aplikohej energji pozitive. Kjo përputhet me atë që teoricienët do të prisnin nga një vrimë krimbi të botës reale.

Ndërsa qarqet kuantike bëhen më komplekse, studiuesit synojnë të kryejnë simulime me besnikëri më të lartë të sjelljes së krimbit – gjë që mund të çojë në kthesa të reja në teoritë themelore.

“Marrëdhënia midis ngatërrimit kuantik, hapësirë-kohës dhe gravitetit kuantik është një nga pyetjet më të rëndësishme në fizikën themelore dhe një zonë aktive e kërkimit teorik,” tha Spiropulu.

“Ne jemi të ngazëllyer për të ndërmarrë këtë hap të vogël drejt testimit të këtyre ideve në harduerin kuantik dhe do të vazhdojmë.”

Përveç Jafferis, Zlokapa, Spiropulu dhe Davis, autorët e punimit të Nature, të titulluar “Dinamika e Vrimës së Vrimave të Përshkueshme në një Përpunues Kuantik”, përfshijnë Joseph Lykken, David Kolchmeyer, Nikolai Lauk dhe Hartmut Neven.