Průchodná červí díra poprvé znovu vytvořená v kvantovém počítači

Červí díry jsou základem sci-fi a existuje možnost, že existují ve skutečném vesmíru. Ale jak by fungovaly? Fyzici nyní použili kvantový procesor k simulaci průchodné červí díry, teleportující informace mezi dvěma kvantovými systémy.

V beletrii jsou červí díry obvykle zobrazovány jako tunely, které spojují dva vzdálené body ve vesmíru, což umožňuje okamžité cestování vesmírem. Ale i když se mohou zdát jako něco víc než pohodlné příběhové zařízení, červí díry jsou ve skutečnosti překvapivě věrohodné. Sám Einstein navrhl jejich existenci jako rys své obecné teorie relativity a v desetiletích, která uplynula od doby, vědci studovali, kde a jak bychom je mohli najít.

Jejich vlastnosti však zůstávají špatně pochopeny, přičemž existuje několik možných protichůdných modelů. To vytváří paradox – abychom zjistili více, potřebovali bychom pozorování skutečných červích děr, ale abychom je mohli pozorovat, museli bychom zjistit více, abychom věděli, co hledat. Počítačové simulace mohou pomoci prolomit smyčku a umožnit fyzikům testovat různé modely červích děr a zjistit, jak by se mohly chovat.

V nové studii to vědci dokázali vůbec poprvé. Tento druh simulace však nelze spustit na žádném starém počítači – vyžadovalo to výkon kvantových počítačů, které využívají podivnou říši kvantové fyziky a provádějí výpočty mimo dosah tradičních počítačů.

Tým zkoumal zajímavou korelaci mezi červími dírami a kvantovou fyzikou – myšlenka, že červí díra posílá věci vesmírem mrknutím oka, zní podezřele jako kvantová teleportace, kdy lze informace okamžitě posílat mezi dvěma propletenými částicemi, bez ohledu na to, jak daleko. jsou od sebe.

Pomocí kvantového procesoru Sycamore společnosti Google provedli vědci z Caltech, Harvard, Fermilab a Google první simulaci červí díry. Klíčem byl zavedený model známý jako SYK, který dokázal simulovat efekty kvantové gravitace – v tomto případě tým spojil dva zjednodušené systémy SYK dohromady a poté do jednoho z nich poslal kvantový bit (qubit) informace.

A skutečně, informace se objevily z druhého systému. To demonstrovalo nejen kvantovou teleportaci, ale protože dva modely SYK také simulují kvantovou gravitaci, byla to realistická simulace toho, jak by v reálném světě fungovala průchodná červí díra.

Dlouho se předpovídalo, že aby červí díra zůstala otevřená dostatečně dlouho na to, aby jí něco prošlo, musela by být zasažena zábleskem negativní energie. V simulacích tým testoval tuto myšlenku a zjistil, že podpisy červí díry fungovaly pouze tehdy, pokud do ní zasáhly pulzem simulované negativní energie – ale ne pozitivní energie. To, říká tým, potvrzuje, že model představuje více než jen standardní kvantovou teleportaci.

Samozřejmě, toto je daleko od skutečného tunelu prostoročasem, ale tým říká, že tento model by mohl pomoci fyzikům zkoumat vlastnosti červích děr v reálném světě, pokud existují. To by mohlo posílit naše porozumění jim do té míry, že nakonec zjistíme, jak je hledat ve vesmíru.

„Našli jsme kvantový systém, který vykazuje klíčové vlastnosti gravitační červí díry, ale je dostatečně malý, aby jej bylo možné implementovat na dnešním kvantovém hardwaru,“ řekla Maria Spiropulu, hlavní řešitel studie. „Tato práce představuje krok směrem k většímu programu testování kvantové gravitace.“ fyzika využívající kvantový počítač. Nenahrazuje přímé sondy kvantové gravitace stejným způsobem jako jiné plánované experimenty, které by mohly v budoucnu zkoumat efekty kvantové gravitace pomocí kvantového snímání, ale nabízí výkonnou testovací základnu pro uplatnění myšlenek kvantové gravitace. .“

Výzkum byl publikován v časopise Příroda.

Zdroje: Caltech, Google