Η δημιουργία μιας ολογραφικής σκουληκότρυπας χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό υπολογιστή

Φυσικοί φέρεται να έχουν δημιουργήσει την πρώτη σκουληκότρυπα, ένα είδος σήραγγας που θεωρητικοποιήθηκε το 1935 από τον Albert Einstein και τον Nathan Rosen που οδηγεί από το ένα μέρος στο άλλο περνώντας σε μια επιπλέον διάσταση του διαστήματος.

Η σκουληκότρυπα αναδύθηκε σαν ολόγραμμα από κβαντικά bits πληροφοριών ή «qubits», αποθηκευμένα σε μικροσκοπικά υπεραγώγιμα κυκλώματα. Με το χειρισμό των qubits, οι φυσικοί έστειλαν στη συνέχεια πληροφορίες μέσω της σκουληκότρυπας, ανέφερε σήμερα στο περιοδικό Nature.

Η ομάδα, με επικεφαλής τη Maria Spiropulu του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, εφάρμοσε το νέο «πρωτόκολλο τηλεμεταφοράς σκουληκότρυπας» χρησιμοποιώντας τον κβαντικό υπολογιστή της Google, μια συσκευή που ονομάζεται Sycamore που στεγάζεται στο Google Quantum AI στη Σάντα Μπάρμπαρα της Καλιφόρνια. Με αυτό το πρώτο στο είδος του «πείραμα κβαντικής βαρύτητας σε ένα τσιπ», όπως το περιέγραψε η Spiropulu, εκείνη και η ομάδα της κέρδισαν μια ανταγωνιστική ομάδα φυσικών που στοχεύουν να κάνουν τηλεμεταφορά σκουληκότρυπας με τους κβαντικούς υπολογιστές της IBM και της Quantinuum.

Όταν η Spiropulu είδε την υπογραφή-κλειδί που έδειχνε ότι τα qubits περνούσαν μέσα από τη σκουληκότρυπα, είπε: «Ταράχτηκα».

Το πείραμα μπορεί να θεωρηθεί ως απόδειξη για την "Αρχή της Ολογραφίας", μια σαρωτική υπόθεση για το πώς οι δύο πυλώνες της θεμελιώδους φυσικής, η κβαντική μηχανική και η γενική σχετικότητα, ταιριάζουν μεταξύ τους. Οι φυσικοί προσπάθησαν από τη δεκαετία του 1930 να συμβιβάσουν αυτές τις ασύνδετες θεωρίες - η μία, ένα βιβλίο κανόνων για τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια, η άλλη, η περιγραφή του Αϊνστάιν για το πώς η ύλη και η ενέργεια στρεβλώνουν τον χωροχρονικό ιστό, δημιουργώντας βαρύτητα. Η "Αρχή της Ολογραφίας", η οποία έχει αρχίσει και τυγχάνει αποδοχής από τη δεκαετία του 1990, θέτει μια μαθηματική ισοδυναμία ή «δυαδικότητα» μεταξύ των δύο πλαισίων. Λέει ότι το άκαμπτο χωροχρονικό συνεχές που περιγράφεται από τη γενική σχετικότητα είναι πραγματικά ένα κβαντικό σύστημα μεταμφιεσμένων σωματιδίων. Ο χωροχρόνος και η βαρύτητα προκύπτουν από τα κβαντικά εφέ όπως ένα τρισδιάστατο ολόγραμμα προβάλλεται από ένα 2D σχέδιο.

Πράγματι, το νέο πείραμα επιβεβαιώνει ότι τα κβαντικά φαινόμενα, του τύπου που μπορούμε να ελέγξουμε σε έναν κβαντικό υπολογιστή, μπορούν να προκαλέσουν ένα φαινόμενο που αναμένουμε να δούμε στη σχετικότητα - μια σκουληκότρυπα. Το εξελισσόμενο σύστημα των qubits στο κβαντικό υπολογιστή Sycamore «έχει αυτή την πραγματικά ενδιαφέρουσα εναλλακτική περιγραφή», είπε ο John Preskill, ένας θεωρητικός φυσικός στο Caltech που δεν συμμετείχε στο πείραμα. «Μπορείτε να σκεφτείτε το σύστημα σε μια πολύ διαφορετική γλώσσα ως βαρυτικό».

Για να είμαστε σαφείς, σε αντίθεση με ένα συνηθισμένο ολόγραμμα, η σκουληκότρυπα δεν είναι κάτι που μπορούμε να δούμε. Ενώ μπορεί να θεωρηθεί «ένα νήμα του πραγματικού χωροχρόνου», σύμφωνα με τον συν-συγγραφέα Daniel Jafferis από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, κύριο δημιουργό του πρωτοκόλλου τηλεμεταφοράς σκουληκότρυπας, δεν είναι μέρος της ίδιας πραγματικότητας που ζούμε εμείς και ο υπολογιστής Sycamore. Η ολογραφική αρχή λέει ότι οι δύο πραγματικότητες - αυτή με τη σκουληκότρυπα και αυτή με τα qubits - είναι εναλλακτικές εκδοχές της ίδιας φυσικής, αλλά το πώς να συλλάβει κανείς αυτό το είδος δυαδικότητας παραμένει μυστήριο.

Οι απόψεις θα διίστανται σχετικά με τις θεμελιώδεις επιπτώσεις του αποτελέσματος. Το σημαντικό είναι ότι η ολογραφική σκουληκότρυπα στο πείραμα αποτελείται από ένα διαφορετικό είδος χωροχρόνου από τον χωροχρόνο του σύμπαντος μας. Είναι αμφισβητήσιμο αν το πείραμα προωθεί την υπόθεση ότι ο χωροχρόνος που κατοικούμε είναι επίσης ολογραφικός, διαμορφωμένος από κβαντικά bit.