شبیه سازی کرم چاله

با شبیه سازی کرم چاله موفق امکان دارد فیزیک کوانتومی و نسبیت عام متحد شوند. این پیشرفت می تواند راهی برای مطالعه «گرانش کوانتومی»، پیوند گمشده بین فیزیک کوانتومی و نسبیت عام اینشتین در آزمایشگاه، پیشنهاد کند. دانشمندان یک آزمایش کوانتومی ابداع کرده‌اند که به آنها امکان می‌دهد دینامیک کرم‌چاله‌ها، موجودات نظری فضا-زمان را که برای اولین بار از نظریه گرانش آلبرت انیشتین در سال 1915 یا نسبیت عام پدید آمدند، مطالعه کنند. این تیم به جای ایجاد یک کرم چاله واقعی، شکافی در زمان و مکان که به‌عنوان یک پل بین یک منطقه دوردست از فضا با منطقه دیگر ایجاد می‌کند، یک مدل کرم‌چاله برای اجرا بر روی یک پردازنده کوانتومی ساخت. این به آنها اجازه داد تا فیزیک کرمچاله ها و ارتباط بالقوه آنها با به اصطلاح "گرانش کوانتومی" را بررسی کنند. ماریا اسپیروپولو، محقق اصلی برنامه تحقیقاتی دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده، کانال های ارتباطی کوانتومی برای فیزیک بنیادی (QCCFP) گفت: "ما یک سیستم کوانتومی پیدا کردیم که ویژگی های کلیدی یک کرم چاله گرانشی را نشان می دهد، اما به اندازه کافی کوچک است که بتوان آن را روی سخت افزار کوانتومی امروزی پیاده سازی کرد." در یک بیانیه (در تب جدید باز می شود). "این کار گامی به سوی یک برنامه بزرگتر برای آزمایش فیزیک گرانش کوانتومی با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی است."در سال 2013، ارتباطی بین کرمچاله ها و درهم تنیدگی ایجاد شد، عنصری از فیزیک کوانتومی که نشان می دهد دو ذره را می توان به گونه ای به هم مرتبط کرد که تغییر یک ذره فوراً دیگری را تغییر می دهد بدون توجه به اینکه چقدر از هم جدا شده اند، حتی اگر در مقابل هم قرار گیرند. طرف های کیهان از یکدیگر فیزیکدانان خوان مالداسنا و لئونارد ساسکیند دو جهان ناهمگون نسبیت عام و فیزیک کوانتومی را هنگامی که نظریه دادند که کرمچاله ها معادل درهم تنیدگی هستند و هر دو ارتباط بین نواحی دوردست کیهان را توصیف می کنند، به هم پیوند دادند. اسپیروپولو گفت: «این یک ایده بسیار متهورانه و شاعرانه بود. در سال 2017، ایده ارائه شده توسط Maldacena و Susskind توسط فیزیکدان دانشگاه هاروارد، دانیل جافریس، نویسنده ارشد این تحقیق فعلی، و همکارانش گسترش یافت. آنها مفهومی را توسعه دادند که در آن انرژی دافعه منفی یک کرمچاله را به اندازه کافی باز نگه می دارد تا چیزی از یک سر به سر دیگر عبور کند، بنابراین یک کرم چاله قابل عبور ایجاد می کند. مفهوم کرم چاله قابل عبور مشابه یکی دیگر از ویژگی های فیزیک کوانتومی، تله پورت کوانتومی بود که از اصول درهم تنیدگی برای انتقال اطلاعات در فواصل وسیع با استفاده از فیبر نوری یا از طریق هوا استفاده می کند. این تحقیق فعلی ارتباط بالقوه بین کرم چاله ها و تله پورت کوانتومی را مورد بررسی قرار می دهد و آن را با جزئیات بیشتر بررسی می کند، زیرا تیم تحت رهبری Caltech اولین آزمایش هایی را انجام می دهد که این ایده را بررسی می کند که اطلاعات سفر از یک نقطه در فضا به نقطه دیگر را می توان با استفاده از زبان توصیف کرد. گرانش توسط نسبیت عام یا درهم تنیدگی کوانتومی ایجاد شده است - زبان فیزیک کوانتومی.این تیم کار خود را با توسعه یک سیستم کوانتومی ساچدف-یه-کیتایف (SYK) و درهم‌تنیدگی آن با سیستم دیگر SYK آغاز کرد که در نتیجه مدلی برای حفظ خواص گرانشی ساخته شد. سپس این مدل با یادگیری ماشینی در رایانه‌های معمولی به شکل ساده‌سازی شد و پس از آن دانشمندان توانستند دینامیک کرم‌چاله‌ای را در پردازنده کوانتومی Sycamore Google مشاهده کنند. اسپیروپولو گفت: «ما از تکنیک‌های یادگیری برای یافتن و آماده‌سازی یک سیستم کوانتومی ساده SYK-مانند استفاده کردیم که می‌توان آن را در معماری‌های کوانتومی فعلی رمزگذاری کرد و خواص گرانشی را حفظ کرد.» به عبارت دیگر، ما توصیف میکروسکوپی سیستم کوانتومی SYK را ساده کردیم و مدل موثر حاصل را که روی پردازنده کوانتومی یافتیم، مطالعه کردیم. در این آزمایش، تیم یک کیوبیت، واحد پایه محاسبات کوانتومی معادل یک بیت استاندارد در محاسبات سنتی، به یکی از SYK ها معرفی کرد. آنها سپس مشاهده کردند که اطلاعات در SYK دیگر ظاهر می شود. این به این معناست که اطلاعات از یک سیستم کوانتومی از یک سیستم کوانتومی عبور کرده و از طریق تله‌پورت کوانتومی به زبان فیزیک کوانتومی از سیستم دیگر بیرون آمده است. با این حال، به زبان گرانش، این سفر از طریق یک کرم چاله قابل عبور را تکرار کرد. ویژگی های کلیدی یک کرم چاله قابل عبور تنها زمانی آشکار شد که تیم تلاش کرد تا با استفاده از پالس های انرژی منفی دافعه، مدل پل خود را در فضا-زمان باز کند. این نشان می دهد که اگر کرمچاله های واقعی وجود داشته باشند، انتظار می رود چگونه در اعماق فضا رفتار کنند.