На квантовому комп’ютері Google створили прохідну червоточину

Вчені Гарвардського університету та Каліфорнійського технологічного інституту вперше створили модель прохідної кротової нори на квантовому процесорі Google Sycamore та спостерігали ключові фізичні властивості червоточини, передбачені раніше. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

У 2013 році фізики Хуан Малдасена та Леонард Саскінд показали, що передача квантової інформації через кротову нору (ER) може бути еквівалентна квантовій телепортації (EPR), що стало відомо як принцип ER = EPR. У цьому випадку кротова нора має бути стабільною та прохідною, що досягається завдяки впливу гравітації на квантові ефекти, що створюються між зовнішніми областями зв’язаних чорних дірок. У новій експериментальній роботі дослідникам вдалося змоделювати прохідну кротову нору за допомогою квантового процесора, створеного Google.

Антидеситтерівський простір (АДС) — це простір, кривизна якого протилежна кривизні Всесвіту, що прискорено розширюється. Умоглядне розтягування АДС на двовимірній площині збільшує розміри центральних областей та зменшує області на краях, що нагадує картини Ешера «Межа кола III». Така кривизна створює гравітаційне поле, що притягує об’єкти до центру простору, і при цьому нічого не може торкнутися меж АДС.

Фізик-теоретик Хуан Малдасена в 1977 році показав, що «світ 3+1», який представлений АДС із трьома просторовими вимірами та одним тимчасовим виміром, еквівалентний двомірному світу «2+1». Двовимірний світ, що є математичним описом квантових полів, є своєрідною межею, на якій відображається все, що відбувається в «світі 3+1». Ця концепція, яка стала основою голографічного принципу, відома як AdS/CFT-відповідність. Важливою особливістю є те, що світ 2+1, позбавлений гравітації, є альтернативним способом опису АДС з гравітацією.

Вчені розглянули пару чорних дір, чиї внутрішні частини з’єднані мостом Ейнштейна-Розена, як відповідну червоточині у двомірному антидеситтерівському просторі (АДС2). У свою чергу червоточина в АДС2 може бути описана моделлю Сачдева-Йе-Китаєва (SYK), яка пов’язує квантову заплутаність з AdS/CFT-відповідністю. Іншими словами, SYK є реалізацією голографічного принципу, дозволяючи звести гравітаційні властивості червоточини до квантової системи із заплутаністю. У своїй роботі дослідники використовували ще більш спрощену SYK-модель, щоб реалізувати протокол квантової телепортації, еквівалентної червоточині, що проходить в АДС2, за допомогою схеми всього з дев’яти кубітів.

Виявилося, незважаючи на приблизний характер SYK, модель зберегла ключові властивості фізики червоточини, у тому числі гравітаційні. Наприклад, щоб досягти квантової телепортації, вченим довелося згенерувати в системі кубітів ударну хвилю негативної енергії. Це відповідає передбаченню, згідно з яким для прохідної кротової нори потрібна екзотична матерія. За словами вчених, результати показують, що квантові процесори можна використовувати для створення моделей квантової гравітації.