Pirmą kartą mokslininkams pavyko sukurti kvantinio skaičiavimo eksperimentą, skirtą kirmgraužų, t. y. trumpųjų erdvėlaikio kelių, galinčių apeiti reliatyvumo teorijos nustatytus kosminio greičio apribojimus, dinamikai tirti.
Pirmą kartą mokslininkams pavyko sukurti kvantinio skaičiavimo eksperimentą, skirtą kirmgraužų, t. y. trumpųjų erdvėlaikio kelių, galinčių apeiti reliatyvumo teorijos nustatytus kosminio greičio apribojimus, dinamikai tirti, rašo „Universe Today“.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Kirmgraužos tradiciškai yra mokslinės fantastikos kūrinys, pradedant Jodie Foster pašėlusia kelione filme „Kontaktas“ ir baigiant laiką keičiančiais siužeto vingiais filme „Tarp žvaigždžių“. Tačiau gruodžio 1 d. žurnalo „Nature“ numeryje aprašytą eksperimentą atlikę mokslininkai tikisi, kad jų darbas padės fizikams ištirti šį reiškinį iš tikrųjų.
„Mes atradome kvantinę sistemą, kuri pasižymi pagrindinėmis gravitacinės kirmgraužos savybėmis, tačiau yra pakankamai maža, kad ją būtų galima įgyvendinti šiuolaikine kvantine aparatine įranga“, – pranešime spaudai teigė Kaltecho fizikė Maria Spiropulu.
Vis dėlto, ši kirmgraužos simuliacija yra ne kas kita, kaip tik simuliacija, analogiška kompiuteriu sukurtai juodai skylei ar supernovai.
Ir fizikai vis dar nemato jokių sąlygų, kuriomis iš tikrųjų būtų galima sukurti įveikiamą kirmgraužą. Pirmiausia kas nors turėtų sukurti neigiamą energiją.
Kolumbijos universiteto fizikas teoretikas Peteris Woitas perspėjo, kad nereikėtų pernelyg sureikšminti šio tyrimo.
„Teiginys, kad „fizikai sukūrė kirmgraužą“, yra visiška nesąmonė, o didžiulė kampanija, kuria siekiama suklaidinti visuomenę, yra gėdinga ir labai nenaudinga fizikos tyrimų ir apskritai mokslo patikimumui“, – rašė jis savo tinklaraštyje.
Pagrindinis tyrimo tikslas buvo atskleisti kvantinės gravitacijos koncepciją, kuria siekiama suvienyti bendrąją reliatyvumo ir kvantinės mechanikos teorijas.
Šios dvi teorijos puikiai paaiškino, kaip veikia gravitacija ir kaip sudarytas subatominis pasaulis, tačiau jos nesutampa tarpusavyje.
Vienas iš svarbiausių klausimų sutelktas į tai, ar teleportacija per kirmgraužas gali vykti pagal kvantinio susietumo principus.
Šis kvantinis reiškinys geriau suprantamas, o Nobelio premijos laureatų mokslinių tyrimų dėka jis net buvo pademonstruotas realiame pasaulyje. Jis susijęs su subatominių dalelių ar kitų kvantinių sistemų susiejimu, leidžiančiu atlikti tai, ką Albertas Einšteinas vadino „bauginančiu veiksmu per atstumą“.
M. Spiropulu ir jos kolegos, įskaitant pagrindinius autorius Danielį Jafferį ir Aleksandrą Zlokapą, sukūrė kompiuterinį modelį, kuriame kvantinio susietumo fizika taikoma kirmgraužų dinamikai.
Jų programa buvo pagrįsta teorine sistema, vadinama Sachdevo-Ye-Kitajevo modeliu arba SYK.
Didelis iššūkis buvo tas, kad programą reikėjo vykdyti kvantiniame kompiuteryje. „Google Sycamore“ kvantinio apdorojimo lustas buvo pakankamai galingas, kad galėtų imtis šios užduoties, padedant įprastinėms mašininio mokymosi priemonėms.
„Taikėme [mašininio] mokymosi metodus, kad surastume ir paruoštume paprastą į SYK panašią kvantinę sistemą, kurią būtų galima užkoduoti dabartinėse kvantinėse architektūrose ir kuri išsaugotų gravitacines savybes, – sakė M. Spiropulu. – Kitaip tariant, supaprastinome mikroskopinį SYK kvantinės sistemos aprašymą ir ištyrėme gautą efektyvųjį modelį, kurį radome kvantiniame procesoriuje.“
Tyrėjai į vieną iš dviejų susietų sistemų įterpė kvantinį bitą, arba kubitą, su užkoduota informacija ir stebėjo, kaip informacija atsiranda kitoje sistemoje. Jų požiūriu, tai buvo tarsi kirmgrauža, kuria kubitas perėjo tarp juodųjų skylių.
„Rezultatams gauti prireikė tikrai daug laiko ir mes patys save jais nustebinome“, – sakė viena iš tyrimo bendraautorių, Kaltecho universiteto mokslininkė Samantha Davis.
Komanda nustatė, kad imituojant kirmgraužą informacija iš vienos sistemos į kitą galėjo tekėti, kai buvo naudojamas neigiamos energijos kompiuterinis atitikmuo, bet ne tada, kai buvo naudojama teigiama energija. Tai atitinka tai, ko teoretikai tikėtųsi iš realios kirmgraužos.
Kadangi kvantinės grandinės tampa vis sudėtingesnės, tyrėjai siekia atlikti dar tikslesnes kirmgraužų elgesio simuliacijas, o tai gali padėti išaiškinti naujus fundamentalių teorijų posūkius.
„Ryšys tarp kvantinio susietumo, erdvėlaikio ir kvantinės gravitacijos yra vienas svarbiausių fundamentaliosios fizikos klausimų ir aktyvi teorinių tyrimų sritis, – sakė M. Spiropulu. – Džiaugiamės galėdami žengti šį mažą žingsnelį link šių idėjų išbandymo kvantinėje aparatinėje įrangoje ir tęsime šį darbą.“
Tyrimas publikuotas žurnale „Nature“.
