ينشئ الفيزيائيون ثقبًا دوديًا باستخدام الكمبيوتر الكمومي

يُزعم أن الفيزيائيين قاموا بإنشاء أول ثقب دودي على الإطلاق ، وهو نوع من النفق الذي وضع نظريًا في عام 1935 من قبل ألبرت أينشتاين وناثان روزين والذي يقود من مكان إلى آخر بالمرور إلى بُعد إضافي من الفضاء.

ظهر الثقب الدودي مثل صورة ثلاثية الأبعاد من أجزاء كمومية من المعلومات ، أو "كيوبت" مخزنة في دوائر صغيرة فائقة التوصيل. من خلال التلاعب بالكيوبتات ، أرسل الفيزيائيون بعد ذلك المعلومات عبر الثقب الدودي ذكرت اليوم في مجلة الطبيعة.

الفريق بقيادة ماريا سبيروبولو من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، طبقًا جديدًا "بروتوكول النقل الآني للثقب الدودي" باستخدام الكمبيوتر الكمومي من Google ، وهو جهاز يسمى Sycamore موجود في Google Quantum AI في سانتا باربرا ، كاليفورنيا. من خلال "تجربة الجاذبية الكمومية" الأولى من نوعها على شريحة ، كما وصفتها سبيروبولو ، تغلبت هي وفريقها على مجموعة متنافسة من الفيزيائيين الذين يهدفون إلى القيام بالانتقال الآني للثقب الدودي مع أجهزة الكمبيوتر الكمومية الخاصة بشركة IBM و Quantinuum.

عندما رأت سبيروبولو التوقيع الرئيسي الذي يشير إلى أن الكيوبتات كانت تمر عبر الثقب الدودي ، قالت ، "لقد اهتزت".

يمكن اعتبار التجربة دليلاً على مبدأ الهولوغرام ، وهي فرضية شاملة حول كيفية توافق ركيزتي الفيزياء الأساسية ، ميكانيكا الكم والنسبية العامة معًا. سعى الفيزيائيون منذ ثلاثينيات القرن الماضي إلى التوفيق بين هذه النظريات المفككة - أحدهما ، كتاب قواعد للذرات والجسيمات دون الذرية ، والآخر ، وصف أينشتاين لكيفية تشوه المادة والطاقة في نسيج الزمكان ، وتوليد الجاذبية. يفترض المبدأ الهولوغرافي ، الصاعد منذ التسعينيات ، التكافؤ الرياضي أو "الازدواجية" بين الإطارين. وتقول إن استمرارية الزمكان المنحنية التي وصفتها النسبية العامة هي في الحقيقة نظام كمي من الجسيمات المقنعة. ينشأ الزمان والمكان والجاذبية من التأثيرات الكمومية مثلما تنبثق صورة ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد من نمط ثنائي الأبعاد.

في الواقع ، تؤكد التجربة الجديدة أن التأثيرات الكمية ، من النوع الذي يمكننا التحكم فيه في الكمبيوتر الكمومي ، يمكن أن تؤدي إلى ظاهرة نتوقع رؤيتها في النسبية - ثقب دودي. قال النظام المتطور للكيوبتات في شريحة الجميز "لديه هذا الوصف البديل الرائع حقًا" جون بريسكيل، عالم فيزياء نظرية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا لم يشارك في التجربة. "يمكنك التفكير في النظام بلغة مختلفة تمامًا على أنه نظام جاذبي."

لكي نكون واضحين ، على عكس الهولوغرام العادي ، فإن الثقب الدودي ليس شيئًا يمكننا رؤيته. بينما يمكن اعتباره "خيطًا من الزمكان الحقيقي" ، وفقًا للمؤلف المشارك دانيال جافريس من جامعة هارفارد ، المطور الرئيسي لبروتوكول النقل الآني للثقب الدودي ، إنه ليس جزءًا من نفس الواقع الذي نعيشه نحن وحاسوب الجميز. يقول المبدأ الهولوغرافي أن الواقعتين - الأولى ذات الثقب الدودي والأخرى بالكيوبت - هي نسخ بديلة من نفس الفيزياء ، ولكن كيفية تصور هذا النوع من الازدواجية تظل غامضة.

سوف تختلف الآراء حول الآثار الأساسية للنتيجة. بشكل حاسم ، يتكون الثقب الدودي الهولوغرافي في التجربة من نوع مختلف من الزمكان عن الزمكان في كوننا. من المثير للجدل ما إذا كانت التجربة تعزز الفرضية القائلة بأن الزمكان الذي نعيش فيه هو أيضًا صورة ثلاثية الأبعاد ، منقوشة بواسطة البتات الكمومية.

قال Jafferis: "أعتقد أنه من الصحيح أن الجاذبية في كوننا تنبثق من بعض [البتات] الكمومية بنفس الطريقة التي ينبثق بها هذا الثقب الدودي الصغير أحادي البعد" من شريحة الجميز. "بالطبع نحن لا نعرف ذلك على وجه اليقين. نحن نحاول فهم ذلك ".

في الثقب الدودي

تعود قصة الثقب الدودي الثلاثية الأبعاد إلى ورقتين غير مرتبطين على ما يبدو نُشرتا في عام 1935: صورة واحدة؟ بواسطة أينشتاين وروزين ، المعروفين باسم ER ، الآخر من قبلهما وبوريس بودولسكي ، المعروف باسم EPR. تم الحكم في البداية على أوراق ER و EPR على أنها أعمال هامشية لـ E.

في ورقة ER ، عثر أينشتاين ومساعده الشاب ، روزين ، على إمكانية وجود ثقوب دودية أثناء محاولتهما توسيع النسبية العامة إلى نظرية موحدة لكل شيء - وصف ليس فقط للزمكان ، ولكن للجسيمات دون الذرية المعلقة فيه. لقد استقروا على عقبات في نسيج الزمكان الذي وجده الفيزيائي الألماني الجندي كارل شوارزشيلد بين ثنايا النسبية العامة في عام 1916 ، بعد أشهر فقط من نشر أينشتاين للنظرية. أظهر Schwarzschild أن الكتلة يمكن أن تجذب نفسها جاذبيًا لدرجة أنها تصبح مركزة بشكل لا نهائي عند نقطة ما ، مما يؤدي إلى انحناء الزمكان بشكل حاد هناك لدرجة أن المتغيرات تتحول إلى لانهائية وتعطل معادلات أينشتاين. نحن نعلم الآن أن هذه "التفردات" موجودة في جميع أنحاء الكون. إنها نقاط لا يمكننا وصفها أو رؤيتها ، كل واحدة مخبأة في مركز الثقب الأسود الذي يحبس الجاذبية كل الضوء القريب. التفردات هي المكان الذي تشتد فيه الحاجة إلى نظرية الكم للجاذبية.

تكهن آينشتاين وروزين بأن رياضيات شوارزشيلد قد تكون وسيلة لتوصيل الجسيمات الأولية بالنسبية العامة. لجعل الصورة تعمل ، قاموا بقص التفرد من معادلاته ، مبادلة المتغيرات الجديدة التي حلت محل النقطة الحادة بأنبوب ذو أبعاد إضافية ينزلق إلى جزء آخر من الزمكان. جادل آينشتاين وروزين ، بشكل خاطئ ولكن بحكمة ، بأن هذه "الجسور" (أو الثقوب الدودية) قد تمثل الجسيمات.

ومن المفارقات ، في سعيهما لربط الثقوب الدودية والجسيمات ، لم يأخذ الثنائي في الاعتبار ظاهرة الجسيمات الغريبة التي تعرفا عليها قبل شهرين مع بودولسكي ، في ورقة EPR: التشابك الكمي.

ينشأ التشابك عندما يتفاعل جسيمان. وفقًا لقواعد الكم ، يمكن أن يكون للجسيمات حالات متعددة محتملة في وقت واحد. هذا يعني أن التفاعل بين الجسيمات له العديد من النتائج المحتملة ، اعتمادًا على الحالة التي يبدأ بها كل جسيم. دائمًا ، على الرغم من ذلك ، سيتم ربط حالاتهم الناتجة - تعتمد الطريقة التي ينتهي بها الجسيم أ على كيفية ظهور الجسيم ب. بعد هذا التفاعل ، يكون للجسيمات صيغة مشتركة تحدد الحالات المشتركة المختلفة التي قد تكون فيها.

النتيجة الصادمة ، التي دفعت مؤلفي EPR إلى الشك في نظرية الكم ، هي "عمل مخيف عن بعد" ، كما قال أينشتاين: قياس الجسيم A (الذي ينتقي حقيقة واحدة من بين احتمالاته) يقرر على الفور الحالة المقابلة لـ B ، بغض النظر عن بعد ب.

ازداد التشابك في الأهمية المتصورة منذ أن اكتشف الفيزيائيون في التسعينيات أنه يسمح بأنواع جديدة من الحسابات. ينتج عن تشابك اثنين من الكيوبتات - كائنات كمومية مثل الجسيمات الموجودة في حالتين محتملتين ، 1990 و 0 - أربع حالات محتملة ذات احتمالات مختلفة (1 و 0 و 0 و 0 و 1 و 1 و 0 و 1). ثلاثة كيوبتات توفر ثمانية احتمالات متزامنة ، وهكذا ؛ قوة "الكمبيوتر الكمومي" تنمو بشكل كبير مع كل كيوبت إضافي متشابك. نظِّم التشابك بذكاء ، ويمكنك إلغاء جميع مجموعات الأصفار والآحاد باستثناء التسلسل الذي يعطي إجابة لعملية حسابية. تم تصنيع نماذج الحواسيب الكمومية الأولية المكونة من بضع عشرات من الكيوبتات في العامين الماضيين ، بقيادة آلة الجميز التي تبلغ سعتها 1 كيلوبت من Google.

في غضون ذلك ، ركز باحثو الجاذبية الكمومية على التشابك الكمي لسبب آخر: ككود مصدر محتمل للصورة المجسمة للزمكان.

إير = إبر

بدأ الحديث عن الزمكان الناشئ والصورة الثلاثية الأبعاد في أواخر الثمانينيات ، بعد أن أعلن جون ويلر ، المُنظِّر للثقب الأسود ، وجهة النظر القائلة بأن الزمكان وكل ما بداخله قد ينبع من المعلومات. سرعان ما تساءل باحثون آخرون ، بمن فيهم الفيزيائي الهولندي جيرارد هوفت ، عما إذا كان هذا الظهور يشبه إسقاط صورة ثلاثية الأبعاد. ظهرت الأمثلة في دراسات الثقب الأسود وفي نظرية الأوتار ، حيث يمكن ترجمة وصف واحد لسيناريو فيزيائي إلى عرض صالح بنفس القدر له مع بُعد مكاني إضافي واحد. في ورقة عام 1980 بعنوان "العالم كصورة ثلاثية الأبعاد" ليونارد ساسكيند، الباحث في نظرية الجاذبية الكمومية في جامعة ستانفورد ، قام بتجسيد مبدأ "تي هوفت" الهولوغرافي ، بحجة أن حجم الزمكان المنحني الموصوف بالنسبية العامة يعادل ، أو "ثنائي" ، نظام من الجسيمات الكمومية على البعد المنخفض للمنطقة. الحدود.

ظهر مثال مهم على التصوير المجسم بعد ثلاث سنوات. خوان مالداسينا، عالم نظرية الجاذبية الكمية في معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، نيو جيرسي ، اكتشف أن نوعًا من الفضاء يسمى مساحة anti-de Sitter (AdS) هو ، في الواقع ، صورة ثلاثية الأبعاد.

الكون الفعلي هو الفضاء دي سيتر ، وهو كرة متنامية باستمرار مدفوعة إلى الخارج بطاقتها الإيجابية. على النقيض من ذلك ، فإن مساحة AdS مليئة بالطاقة السلبية - الناتجة عن اختلاف في علامة ثابت واحد في معادلات النسبية العامة - مما يمنح الفضاء هندسة "قطعية": تتقلص الكائنات أثناء تحركها للخارج من مركز الفضاء ، تصبح متناهية الصغر عند الحدود الخارجية. أظهر مالداسينا أن الزمكان والجاذبية داخل كون AdS تتوافق تمامًا مع خصائص النظام الكمي على الحدود (تحديدًا نظام يسمى نظرية المجال المطابق ، أو CFT).

تم الاستشهاد بورقة Maldacena قنبلة 1997 التي تصف "مراسلة AdS / CFT" في الدراسات اللاحقة 22,000 مرة - أكثر من مرتين يوميًا في المتوسط. قال: "كانت محاولة استغلال الأفكار القائمة على AdS / CFT هي الهدف الرئيسي لآلاف من أفضل المنظرين لعقود من الزمن" بيتر وويت، عالم فيزياء رياضية في جامعة كولومبيا.

عندما استكشف مالداسينا بنفسه خريطة AdS / CFT الخاصة به بين أزمنة الفضاء الديناميكية والأنظمة الكمومية ، قام باكتشاف جديد حول الثقوب الدودية. كان يدرس نمط تشابك معين يتضمن مجموعتين من الجسيمات ، حيث يتشابك كل جسيم في مجموعة واحدة مع جسيم في المجموعة الأخرى. مالداسينا أظهرت أن هذه الحالة مزدوجة رياضياً إلى صورة ثلاثية الأبعاد مثيرة إلى حد ما: زوج من الثقوب السوداء في فضاء AdS الذي تتصل الأجزاء الداخلية به عبر ثقب دودي.

كان لا بد من مرور عقد من الزمان قبل مالداسينا ، في عام 2013 (في ظل ظروف "لأكون صريحًا ، لا أتذكر ، كما يقول) ، أدرك أن اكتشافه قد يشير إلى تطابق أكثر عمومية بين التشابك الكمي والاتصال عبر الثقب الدودي. لقد صاغ معادلة صغيرة غامضة - ER = EPR - في بريد إلكتروني إلى Susskind ، الذي فهم على الفور. الاثنان بسرعة طور التخمين معًا ، نكتب ، "نجادل في أن جسر أينشتاين روزين بين ثقبين أسودين تم إنشاؤه من خلال الارتباطات الشبيهة بـ EPR بين الدولتين الصغريتين للثقبين الأسودين" ، وأن الازدواجية قد تكون أكثر عمومية من ذلك: "من المغري جدًا أن اعتقد ذلك أي وقت يرتبط النظام المرتبط بـ EPR بنوع من جسر ER ".

ربما يربط ثقب دودي كل زوج متشابك من الجسيمات في الكون ، مكونًا اتصالًا مكانيًا يسجل تاريخهم المشترك. ربما كان حدس أينشتاين في أن الثقوب الدودية لها علاقة بالجسيمات كان صحيحًا.

جسر قوي

عندما استمع Jafferis إلى محاضرة Maldacena حول ER = EPR في مؤتمر في عام 2013 ، أدرك أن الازدواجية المفترضة يجب أن تسمح لك بتصميم ثقوب دودية مخصصة من خلال تصميم نمط التشابك.

تمثل جسور أينشتاين-روزن القياسية خيبة أمل لعشاق الخيال العلمي في كل مكان: إذا تم تشكيلها ، فسوف تنهار بسرعة تحت تأثير جاذبيتها الخاصة وتضيق قبل فترة طويلة من مرور سفينة الفضاء أو أي شيء آخر. لكن Jafferis تخيل توتيرًا في سلك أو أي اتصال مادي آخر بين مجموعتي الجسيمات المتشابكة التي تشفر فم الثقب الدودي. مع هذا النوع من الاقتران ، فإن العمل على الجسيمات على جانب واحد من شأنه إحداث تغييرات في الجسيمات على الجانب الآخر ، وربما يدعم فتح الثقب الدودي بينهما. "هل يمكن أن يجعل ذلك الثقب الدودي قابلاً للعبور؟" يتذكر جافريس التساؤل. بعد أن كان مفتونًا بالثقوب الدودية منذ الطفولة - وهو معجزة فيزيائية ، بدأ دراسته في جامعة ييل في سن 14 - تابع Jafferis السؤال "تقريبًا من أجل المتعة".

بالعودة إلى هارفارد ، كان هو و بينغ جاو، طالب الدراسات العليا في ذلك الوقت ، و آرون وول، ثم باحث زائر ، في النهاية حسب أنه ، في الواقع ، من خلال اقتران مجموعتين من الجسيمات المتشابكة ، يمكنك إجراء عملية على المجموعة اليسرى والتي ، في الصورة المزدوجة ، ذات الأبعاد الأعلى والزمان ، تفتح الثقب الدودي الذي يقود إلى الفم الأيمن ويدفع كيوبت خلاله.

جافريس وغاو ووالز اكتشاف 2016 من هذا الثقب الدودي المجسم القابل للعبور ، أعطى الباحثين نافذة جديدة في ميكانيكا التصوير المجسم. قال Jafferis: "حقيقة أنك إذا قمت بالأشياء الصحيحة من الخارج يمكن أن ينتهي بك الأمر بالمرور ، فهذا يعني أيضًا أنه يمكنك رؤية ما بداخل" الثقب الدودي. "هذا يعني أنه من الممكن التحقق من حقيقة أن نظامين متشابكين يتم وصفهما من خلال بعض الهندسة المتصلة."

في غضون أشهر ، بنى مالداسينا واثنان من زملائه على المخطط من خلال إظهار أن الثقب الدودي الذي يمكن اجتيازه يمكن تحقيقه في بيئة بسيطة - "نظام كمي بسيط بما يكفي بحيث يمكننا تخيل صنعه" ، قال جافيريس.

نموذج SYK ، كما يطلق عليه ، هو نظام من جسيمات المادة التي تتفاعل في مجموعات ، بدلاً من الأزواج المعتادة. وصفه لأول مرة سوبير ساشديف وجينو يي في عام 1993 ، أصبح النموذج فجأة أكثر أهمية بدءًا من عام 2015 عندما كان عالم الفيزياء النظرية أليكسي كيتاييف اكتشفت أنها ثلاثية الأبعاد. في محاضرة في ذلك العام في سانتا باربرا ، كاليفورنيا ، ملأ كيتاييف (الذي أصبح K in SYK) العديد من السبورات بالأدلة على أن النسخة المعينة من النموذج الذي تتفاعل فيه جسيمات المادة في مجموعات من أربعة يمكن رسمها رياضيًا إلى أسود أحادي البعد ثقب في مساحة AdS ، مع تماثلات متطابقة وخصائص أخرى. "بعض الإجابات متشابهة في الحالتين ،" قال لجمهور سريع الغضب. كان مالداسينا جالسًا في الصف الأمامي.

ربط النقاط ، Maldacena والمؤلفون المشاركون المقترح أن نموذجي SYK المرتبطين معًا يمكن أن يشفروا فمي Jafferis و Gao و Wall's Wormhole القابل للعبور. ركض جافريس وغاو بالاقتراب. بحلول عام 2019 ، وجدوا طريقهم إلى وصفة محددة لنقل كمية من المعلومات عن بعد من نظام مكون من جسيمات رباعية الاتجاهات إلى نظام آخر. يؤدي تدوير اتجاهات دوران كل الجسيمات ، في الصورة المزدوجة للزمكان والمكان ، إلى موجة صدمة ذات طاقة سالبة تجتاح الثقب الدودي ، وتدفع الكيوبت إلى الأمام ، وفي وقت يمكن التنبؤ به ، تخرج من الفم.

"ثقب دودي Jafferis هو أول تحقيق ملموس لـ ER = EPR ، حيث يوضح أن العلاقة تنطبق تمامًا على نظام معين ،" قال أليكس زلوكابا، وهو طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في التجربة الجديدة.

الثقب الدودي في المختبر

بينما كان العمل النظري يتطور ، كانت ماريا سبيروبولو ، عالمة فيزياء الجسيمات التجريبية بارعة والتي شاركت في اكتشاف بوزون هيغز عام 2012 ، تفكر في كيفية استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية الناشئة لإجراء تجارب الجاذبية الكمية الثلاثية الأبعاد. في عام 2018 ، أقنعت Jafferis بالانضمام إلى فريقها المتنامي ، جنبًا إلى جنب مع الباحثين في Google Quantum AI - حراس جهاز Sycamore.

لتشغيل بروتوكول النقل الآني للثقب الدودي الخاص بـ Jafferis و Gao على الكمبيوتر الكمومي الحديث ولكنه لا يزال صغيرًا وعرضة للخطأ ، كان على فريق Spiropulu تبسيط البروتوكول بشكل كبير. يتكون نموذج SYK الكامل عمليًا من عدد لا نهائي من الجسيمات المقترنة ببعضها البعض بقوة عشوائية حيث تحدث تفاعلات رباعية الاتجاهات طوال الوقت. هذا ليس من الممكن حسابه ؛ حتى استخدام جميع وحدات الكيوبت المتاحة البالغ عددها 50 وحدة يتطلب مئات الآلاف من عمليات الدائرة. شرع الباحثون في إنشاء ثقب دودي ثلاثي الأبعاد باستخدام سبعة كيوبتات فقط ومئات العمليات. للقيام بذلك ، كان عليهم "تناثر" نموذج SYK المكون من سبعة جسيمات ، مع ترميز أقوى التفاعلات رباعية الاتجاهات فقط وإلغاء الباقي ، مع الاحتفاظ بخصائص النموذج الثلاثية الأبعاد. قال سبيروبولو: "استغرق ذلك عامين لاكتشاف طريقة ذكية للقيام بذلك".

كان أحد سر النجاح هو Zlokapa ، وهو طفل أوركسترا وسيف انضم إلى مجموعة Spiropulu البحثية بصفته طالبًا جامعيًا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. قام المبرمج الموهوب Zlokapa بتعيين تفاعلات الجسيمات لنموذج SYK على الاتصالات بين الخلايا العصبية للشبكة العصبية ، وقام بتدريب النظام على حذف أكبر عدد ممكن من اتصالات الشبكة مع الحفاظ على توقيع ثقب دودي رئيسي. قلل الإجراء عدد التفاعلات رباعية الاتجاهات من مئات إلى خمسة.

مع ذلك ، بدأ الفريق في برمجة الكيوبتات الخاصة بـ Sycamore. تقوم سبعة كيوبت بتشفير 14 جسيم مادة - سبعة في كل من نظام SYK الأيمن والأيسر ، حيث يتشابك كل جسيم على اليسار مع جسيم على اليمين. ثم يتم تبديل الكيوبت الثامن ، في بعض التوليفات الاحتمالية للحالتين 0 و 1 ، بأحد الجسيمات من نموذج SYK الأيسر. تتشابك الحالات المحتملة لهذا الكيوبت بسرعة مع حالات الجسيمات الأخرى على اليسار ، وتنشر معلوماتها بالتساوي بينها مثل قطرة حبر في الماء. هذا ثنائي ثلاثي الأبعاد إلى الكيوبت الذي يدخل الفم الأيسر لثقب دودي أحادي البعد في مساحة AdS.

ثم يأتي الدوران الكبير لجميع الكيوبتات ، مزدوجًا لنبضة طاقة سالبة تمر عبر الثقب الدودي. يتسبب الدوران في انتقال الكيوبت المحقون إلى جسيمات نموذج SYK الأيمن. قال بريسكيل إن المعلومات بعد ذلك لا تنتشر ، "مثل الفوضى تسير للخلف" ، وتعيد التركيز في موقع جسيم واحد على اليمين - الشريك المتشابك للجسيم الأيسر الذي تم تبديله. ثم يتم قياس جميع حالات الكيوبت. إن حساب 0 و 1 على العديد من العمليات التجريبية ومقارنة هذه الإحصائيات بالحالة المعدة للكيوبتات المحقونة يكشف ما إذا كانت الكيوبتات تنتقل عن بعد.

يبحث الباحثون عن ذروة في البيانات تمثل فرقًا بين حالتين: إذا رأوا القمة ، فهذا يعني أن دورات كيوبت ثنائية إلى نبضات الطاقة السالبة تسمح للكيوبتات بالانتقال الآني ، في حين أن الدوران في الاتجاه المعاكس ، وهو مزدوج إلى نبضات من الطاقة العادية والإيجابية ، لا تدع الكيوبتات تمر. (بدلاً من ذلك ، يتسببون في إغلاق الثقب الدودي).

في وقت متأخر من ليلة واحدة من شهر يناير ، بعد عامين من التحسينات التدريجية وجهود الحد من الضوضاء ، قام Zlokapa بتشغيل البروتوكول المكتمل على Sycamore عن بُعد من غرفة نوم طفولته في منطقة خليج سان فرانسيسكو ، حيث كان يقضي عطلة الشتاء بعد الفصل الدراسي الأول في مدرسة الدراسات العليا. .

ظهرت الذروة على شاشة جهاز الكمبيوتر الخاص به.

قال: "لقد ظل الأمر أكثر حدة ووضوحًا". "كنت أرسل لقطات من الذروة إلى ماريا وأصبحت متحمسة للغاية ، وأكتب ،" أعتقد أننا نرى ثقبًا دوديًا الآن. "كانت القمة" أول علامة على أنه يمكنك رؤية الجاذبية على جهاز كمبيوتر كمي. "

تقول سبيروبولو إنها بالكاد تصدق الذروة النظيفة والواضحة التي كانت تراها. قالت: "كان الأمر مشابهًا جدًا لما رأيت فيه البيانات الأولى لاكتشاف هيغز". "ليس لأنني لم أتوقع ذلك ، لكنه جاء في وجهي كثيرًا."

من المثير للدهشة أنه على الرغم من البساطة الهيكلية لثقبهم الدودي ، اكتشف الباحثون إشارة ثانية لديناميكيات الثقب الدودي ، وهو نمط دقيق في طريقة انتشار المعلومات وعدم انتشارها بين الكيوبتات المعروفة باسم "لف الحجم". لم يدربوا شبكتهم العصبية للحفاظ على هذه الإشارة لأنها تناثرت في نموذج SYK ، لذا فإن حقيقة أن لف الحجم يظهر على أي حال هو اكتشاف تجريبي حول التصوير المجسم.

قال Jafferis: "لم نطالب بأي شيء بخصوص هذه الخاصية ذات الحجم المتعرج ، لكننا وجدنا أنها ظهرت للتو". وقال إن هذا "أكد متانة" ثنائية الثلاثية الأبعاد. "اجعل [خاصية] واحدة تظهر ، ثم تحصل على الباقي ، وهو نوع من الدليل على أن صورة الجاذبية هذه هي الصورة الصحيحة."

معنى الثقب الدودي

يعتقد Jafferis ، الذي لم يتوقع أبدًا أن يكون جزءًا من تجربة الثقب الدودي (أو أي تجربة أخرى) ، أن أحد أهم النتائج هو ما تقوله التجربة عن ميكانيكا الكم. عادة ما تكون الظواهر الكمومية مثل التشابك مبهمة ومجردة. لا نعرف ، على سبيل المثال ، كيف يحدد قياس الجسيم A حالة B من بعيد. لكن في التجربة الجديدة ، لظاهرة كمومية لا توصف - النقل الآني للمعلومات بين الجسيمات - تفسير ملموس كجسيم يتلقى دفعة من الطاقة ويتحرك بسرعة قابلة للحساب من أ إلى ب. "يبدو أن هناك قصة لطيفة من هذه النقطة من وجهة نظر كيوبت. قال Jafferis: "إنها تتحرك بشكل سببي". ربما عملية كمومية مثل النقل الآني "تشعر دائمًا بالجاذبية لهذا الكيوبت. إذا كان هناك شيء من هذا القبيل يمكن أن يخرج من هذه التجربة والتجارب الأخرى ذات الصلة ، فسيخبرنا ذلك بالتأكيد شيئًا عميقًا عن كوننا ".

قال سسكيند ، الذي ألقى نظرة مبكرة على نتائج اليوم ، إنه يأمل في إمكانية استخدام تجارب الثقوب الدودية المستقبلية التي تتضمن عددًا أكبر من الكيوبتات لاستكشاف الجزء الداخلي من الثقب الدودي كوسيلة لفحص الخصائص الكمومية للجاذبية. قال: "بإجراء قياسات على ما حدث ، يمكنك استجوابه ومعرفة ما كان بداخله". "يبدو لي أن هذا وسيلة ممتعة للذهاب."

سيقول بعض الفيزيائيين أن التجربة لا تخبرنا شيئًا عن كوننا ، لأنها تدرك ازدواجية بين ميكانيكا الكم والفضاء المضاد دي سيتر ، وهو ما لا يعرفه كوننا.

في السنوات الخمس والعشرين منذ اكتشاف مالداسينا لمراسلات AdS / CFT ، سعى الفيزيائيون إلى ازدواجية ثلاثية الأبعاد مماثلة لفضاء دي سيتر - خريطة تنتقل من نظام كمي إلى كون دي سيتر الذي نعيش فيه نشطًا بشكل إيجابي. أبطأ بكثير من AdS ، مما دفع البعض إلى الشك فيما إذا كانت مساحة de Sitter ثلاثية الأبعاد على الإطلاق. "أسئلة مثل" ماذا عن جعل هذا يعمل في الحالة المادية أكثر من dS؟ " ليست جديدة ولكنها قديمة جدًا وكانت موضوع عشرات الآلاف من سنوات الأفراد من الجهود غير الناجحة ، "قال Woit ، وهو ناقد لأبحاث AdS / CFT. "المطلوب هو بعض الأفكار المختلفة تمامًا."

يجادل النقاد بأن نوعي الفضاء يختلفان بشكل قاطع: AdS لها حدود خارجية وفضاء dS ليس كذلك ، لذلك لا يوجد انتقال رياضي سلس يمكن أن يتحول إلى الآخر. والحدود الصعبة لفضاء AdS هو الشيء الذي يجعل التصوير المجسم سهلاً في هذا الإعداد ، مما يوفر السطح الكمي الذي يمكن من خلاله عرض الفضاء. بالمقارنة ، في عالم دي سيتر ، الحدود الوحيدة هي الأبعد الذي يمكننا رؤيته والمستقبل اللانهائي. هذه أسطح ضبابية يمكن من خلالها محاولة عرض صورة ثلاثية الأبعاد للزمكان.

ريناتي لولأكد أيضًا أحد منظري الجاذبية الكمومية في جامعة رادبود في هولندا ، أن تجربة الثقب الدودي تتعلق بزمكان ثنائي الأبعاد - الثقب الدودي عبارة عن خيوط ، ذات بعد مكاني واحد بالإضافة إلى البعد الزمني - في حين أن الجاذبية أكثر تعقيدًا في الفضاء رباعي الأبعاد- الوقت الذي نعيش فيه بالفعل. قالت عبر البريد الإلكتروني: "من المغري أن تتورط في تعقيدات نماذج الألعاب ثنائية الأبعاد ، بينما تغفل عن التحديات المختلفة والأكبر التي تنتظرنا في الجاذبية الكمية رباعية الأبعاد. بالنسبة لهذه النظرية ، لا أستطيع أن أرى كيف يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بقدراتها الحالية أن تساعد كثيرًا ... لكنني سأكون سعيدًا بالتصحيح ".

يعتقد معظم الباحثين في الجاذبية الكمومية أن هذه كلها مشكلات صعبة ولكنها قابلة للحل - وأن نمط التشابك الذي ينسج مساحة 4D de Sitter أكثر تعقيدًا من نظيره في AdS ثنائي الأبعاد ، ولكن يمكننا مع ذلك استخلاص دروس عامة من خلال دراسة التصوير المجسم في إعدادات أبسط. يميل هذا المعسكر إلى رؤية نوعي الفضاء ، dS و AdS ، على أنهما أكثر تشابهًا من الاختلاف. كلاهما حل لنظرية النسبية لأينشتاين ، ويختلفان فقط بعلامة ناقص. يحتوي كل من عوالم dS و AdS على ثقوب سوداء مصابة بنفس التناقضات. وعندما تكون في عمق مساحة AdS ، بعيدًا عن جدارها الخارجي ، لا يمكنك تمييز محيطك عن de Sitter.

ومع ذلك ، يوافق سسكيند على أن الوقت قد حان لتحقيق الواقعية. قال: "أعتقد أن الوقت قد حان للخروج من تحت الطبقة الواقية لمساحة AdS والانفتاح على العالم الذي قد يكون له علاقة أكبر بعلم الكونيات". "مساحة De Sitter هي وحش آخر."

تحقيقا لهذه الغاية ، لدى ساسكيند فكرة جديدة. في نسخة أولية تم نشره على الإنترنت في سبتمبر ، اقترح أن مساحة de Sitter قد تكون صورة ثلاثية الأبعاد لنسخة مختلفة من نموذج SYK - وليس ذلك الذي يحتوي على تفاعلات جسيمية رباعية الاتجاهات ، ولكنه واحد حيث ينمو عدد الجسيمات المتضمنة في كل تفاعل مع نمو المربع. جذر العدد الإجمالي للجسيمات. وقال إن هذا "الحد المزدوج المقياس" لنموذج SYK "يتصرف مثل de Sitter أكثر من AdS". "ليس هناك دليل على الإطلاق ، ولكن هناك أدلة ظرفية."

إن مثل هذا النظام الكمي أكثر تعقيدًا من النظام المبرمج حتى الآن ، و "لا أعرف ما إذا كان هذا الحد هو شيء سيتم تحقيقه في المختبر أم لا" ، كما قال ساسكيند. ما يبدو مؤكدًا أنه ، الآن بعد أن كان هناك ثقب دودي ثلاثي الأبعاد ، سيتم فتح المزيد.