فیزیکدانان با استفاده از کامپیوتر کوانتومی یک کرم چاله ایجاد کردند

ظاهراً فیزیکدانان اولین کرم‌چاله را ایجاد کرده‌اند، نوعی تونل که در سال 1935 توسط آلبرت اینشتین و ناتان روزن نظریه‌پردازی شد و با عبور به بعد اضافی از فضا از مکانی به مکان دیگر منتهی می‌شود.

کرم چاله مانند یک هولوگرام از بیت‌های کوانتومی اطلاعات یا «کیوبیت‌ها» که در مدارهای ابررسانای کوچک ذخیره شده‌اند پدید آمد. با دستکاری کیوبیت ها، فیزیکدانان سپس اطلاعاتی را از طریق کرم چاله ارسال کردند امروز گزارش داد در مجله طبیعت.

تیم به رهبری ماریا اسپیروپولو از موسسه فناوری کالیفرنیا، "پروتکل دور انتقال کرم چاله" را با استفاده از رایانه کوانتومی گوگل، دستگاهی به نام Sycamore که در هوش مصنوعی گوگل کوانتوم در سانتا باربارا، کالیفرنیا قرار دارد، پیاده سازی کرد. همانطور که اسپیروپولو توصیف کرد، با اولین "آزمایش گرانش کوانتومی روی یک تراشه" در نوع خود، او و تیمش گروهی از فیزیکدانان رقیب را شکست دادند. که قصد انجام دوربری کرم چاله را دارند با کامپیوترهای کوانتومی IBM و Quantinum.

وقتی اسپیروپولو امضای کلیدی را دید که نشان می‌دهد کیوبیت‌ها در حال عبور از کرم‌چاله هستند، گفت: "من تکان خوردم."

این آزمایش را می توان به عنوان مدرکی برای اصل هولوگرافیک، یک فرضیه جامع در مورد چگونگی تطبیق دو ستون فیزیک بنیادی، مکانیک کوانتومی و نسبیت عام، در نظر گرفت. فیزیکدانان از دهه 1930 تلاش کرده اند تا این نظریه های از هم گسیخته را با هم تطبیق دهند - یکی، کتاب قوانینی برای اتم ها و ذرات زیر اتمی، دیگری، توصیف انیشتین از چگونگی تاب برداشتن ماده و انرژی بافت فضا-زمان و ایجاد گرانش. اصل هولوگرافیک، که از دهه 1990 رواج یافته است، معادل یا «دوگانگی» ریاضی را بین این دو چارچوب مطرح می کند. می‌گوید پیوستار فضا-زمان خمیده توصیف شده توسط نسبیت عام در واقع یک سیستم کوانتومی از ذرات پنهان است. فضا-زمان و گرانش از اثرات کوانتومی بیرون می‌آیند، همان‌طور که هولوگرام سه‌بعدی از یک الگوی دو بعدی بیرون می‌آید.

در واقع، آزمایش جدید تأیید می‌کند که اثرات کوانتومی، از نوعی که می‌توانیم در رایانه‌های کوانتومی کنترل کنیم، می‌تواند منجر به پدیده‌ای شود که انتظار داریم در نسبیت ببینیم - یک کرم‌چاله. سیستم در حال تکامل کیوبیت ها در تراشه Sycamore "این توصیف جایگزین واقعا جالب را دارد." جان پرسکیل، یک فیزیکدان نظری در Caltech که در این آزمایش شرکت نداشت. "شما می توانید سیستم را به زبانی بسیار متفاوت به عنوان گرانشی تصور کنید."

برای روشن بودن، برخلاف یک هولوگرام معمولی، کرمچاله چیزی نیست که بتوانیم ببینیم. به گفته یکی از نویسندگان، در حالی که می توان آن را "رشته ای از فضا-زمان واقعی" در نظر گرفت دانیل جعفریس از دانشگاه هاروارد، توسعه‌دهنده اصلی پروتکل دوربری کرم‌چاله، این بخشی از واقعیتی نیست که ما و رایانه سیکامور در آن زندگی می‌کنیم. اصل هولوگرافی می‌گوید که این دو واقعیت - یکی با کرم‌چاله و دیگری با کیوبیت‌ها - نسخه‌های متناوب یک فیزیک هستند، اما نحوه مفهوم‌سازی این نوع دوگانگی همچنان مرموز است.

نظرات در مورد پیامدهای اساسی نتیجه متفاوت خواهد بود. نکته مهم این است که کرم چاله هولوگرافیک در این آزمایش از نوع متفاوتی از فضا-زمان با فضا-زمان جهان خودمان تشکیل شده است. اینکه آیا این آزمایش این فرضیه را که فضا-زمان ما در آن زندگی می‌کنیم نیز هولوگرافیک است و توسط بیت‌های کوانتومی الگوبرداری شده است، مورد بحث است.

جافریس گفت: «من فکر می‌کنم این درست است که گرانش در جهان ما از برخی [بیت‌های] کوانتومی پدید می‌آید، به همان شکلی که این کرم‌چاله‌ی تک‌بعدی کودک از تراشه سیکامور پدیدار می‌شود». "البته ما این را به طور قطع نمی دانیم. ما در حال تلاش برای درک آن هستیم.»

به کرمچاله

داستان کرم چاله هولوگرافیک به دو مقاله به ظاهر نامرتبط منتشر شده در سال 1935 بازمی گردد: یک توسط انیشتین و روزن، معروف به ER، دیگر توسط آن دو و بوریس پودولسکی، معروف به EPR. هر دو مقاله ER و EPR در ابتدا به عنوان آثار حاشیه ای بزرگ E مورد قضاوت قرار گرفتند. این تغییر کرده است.

در مقاله ER، انیشتین و دستیار جوانش، روزن، در حالی که تلاش می کردند نسبیت عام را به یک نظریه یکپارچه درباره همه چیز بسط دهند - توصیفی نه تنها از فضا-زمان، بلکه از ذرات زیراتمی معلق در آن - به طور تصادفی به احتمال کرم چاله ها برخورد کردند. آنها در بافت فضا-زمان که فیزیکدان-سرباز آلمانی کارل شوارتزشیلد در سال 1916، درست چند ماه پس از انتشار نظریه انیشتین، در میان طبقات نسبیت عام پیدا کرده بود، سر و سامان داده بودند. شوارتزشیلد نشان داد که جرم می‌تواند به‌طور گرانشی خود را به قدری جذب کند که بی‌نهایت در نقطه‌ای متمرکز می‌شود و فضا-زمان را به شدت در آنجا منحنی می‌کند که متغیرها بی‌نهایت می‌شوند و معادلات انیشتین نادرست عمل می‌کنند. اکنون می دانیم که این «تکینگی ها» در سراسر جهان وجود دارند. آن‌ها نقاطی هستند که ما نه می‌توانیم توصیف کنیم و نه می‌توانیم ببینیم، هر کدام در مرکز سیاه‌چاله‌ای پنهان شده‌اند که به‌طور گرانشی تمام نور مجاور را به دام می‌اندازد. تکینگی ها جایی هستند که نیاز به نظریه کوانتومی گرانش است.

انیشتین و روزن حدس زدند که ریاضیات شوارتزشیلد ممکن است راهی برای اتصال ذرات بنیادی به نسبیت عام باشد. برای اینکه تصویر کار کند، آنها تکینگی را از معادلات او حذف کردند و متغیرهای جدیدی را جایگزین کردند که نقطه تیز را با یک لوله فوق‌بعدی که به قسمت دیگری از فضا-زمان می‌لغزد جایگزین کرد. انیشتین و روزن، به اشتباه اما پیشاپیش، استدلال کردند که این «پل‌ها» (یا کرم‌چاله‌ها) ممکن است نشان دهنده ذرات باشند.

از قضا، در تلاش برای پیوند کرمچاله ها و ذرات، این دو پدیده ذرات عجیبی را که دو ماه قبل با پودولسکی در مقاله EPR شناسایی کرده بودند، در نظر نگرفتند: درهم تنیدگی کوانتومی.

درهم تنیدگی زمانی به وجود می آید که دو ذره با هم تعامل داشته باشند. طبق قوانین کوانتومی، ذرات می توانند چندین حالت ممکن را در یک زمان داشته باشند. این بدان معناست که یک برهمکنش بین ذرات، بسته به حالتی که هر ذره برای شروع در چه وضعیتی قرار دارد، نتایج ممکن متعددی دارد. با این حال، همیشه حالات حاصل از آنها به هم مرتبط خواهد بود - اینکه ذره A چگونه به پایان می رسد بستگی به نحوه تبدیل ذره B دارد. پس از چنین برهمکنشی، ذرات یک فرمول مشترک دارند که حالت های ترکیبی مختلفی را که ممکن است در آن باشند مشخص می کند.

پیامد تکان دهنده ای که باعث شد نویسندگان EPR به نظریه کوانتومی شک کنند، همان طور که انیشتین می گوید، «عمل شبح وار در فاصله» است: اندازه گیری ذره A (که یک واقعیت را از میان احتمالاتش انتخاب می کند) فوراً وضعیت متناظر B را تعیین می کند. مهم نیست B چقدر دور است.

درهم تنیدگی از زمانی که فیزیکدانان در دهه 1990 کشف کردند که انواع جدیدی از محاسبات را امکان پذیر می کند، اهمیت قابل توجهی پیدا کرده است. درهم تنیدگی دو کیوبیت - اجسام کوانتومی مانند ذراتی که در دو حالت ممکن، 0 و 1 وجود دارند - چهار حالت ممکن با احتمال‌های متفاوت (0 و 0، 0 و 1، 1 و 0، و 1 و 1) به دست می‌دهد. سه کیوبیت هشت احتمال همزمان ایجاد می‌کنند و غیره. قدرت یک "کامپیوتر کوانتومی" با هر کیوبیت درهم تنیده به طور تصاعدی افزایش می یابد. درهم تنیدگی را هوشمندانه تنظیم کنید، و می توانید تمام ترکیب های 0 و 1 را به جز دنباله ای که به یک محاسبه پاسخ می دهد، لغو کنید. نمونه اولیه کامپیوترهای کوانتومی ساخته شده از چند ده کیوبیت در چند سال گذشته به رهبری ماشین 54 کیوبیتی Sycamore گوگل ساخته شده اند.

در همین حال، محققان گرانش کوانتومی به دلیل دیگری بر درهم تنیدگی کوانتومی تأکید کرده اند: به عنوان کد منبع احتمالی هولوگرام فضا-زمان.

ER = EPR

بحث در مورد فضا-زمان و هولوگرافی در اواخر دهه 1980، پس از آنکه جان ویلر، نظریه‌پرداز سیاه‌چاله، این دیدگاه را مطرح کرد که فضا-زمان و هر چیزی در آن ممکن است از اطلاعات سرچشمه بگیرد، آغاز شد. به زودی، سایر محققان، از جمله فیزیکدان هلندی جرارد 'ت هوفت، به این فکر افتادند که آیا این ظهور ممکن است شبیه طرح یک هولوگرام باشد. نمونه‌هایی در مطالعات سیاه‌چاله‌ها و نظریه‌ی ریسمان دیده می‌شد، جایی که یک توصیف از یک سناریوی فیزیکی را می‌توان به دیدگاهی به همان اندازه معتبر از آن با یک بعد فضایی اضافی ترجمه کرد. در مقاله ای در سال 1994 با عنوان "جهان به عنوان یک هولوگرام" لئونارد سوسكیندیک نظریه پرداز گرانش کوانتومی در دانشگاه استنفورد، اصل هولوگرافی ت هوفت را بیان کرد و استدلال کرد که حجمی از فضا-زمان خمیده توصیف شده توسط نسبیت عام، معادل یا «دوگانه» است با سیستمی از ذرات کوانتومی در ابعاد پایین‌تر منطقه. مرز

یک نمونه مهم از هولوگرافی سه سال بعد وارد شد. خوان مالداسینا، یک نظریه پرداز گرانش کوانتومی اکنون در موسسه مطالعات پیشرفته در پرینستون، نیوجرسی، کشف که نوعی فضای به نام فضای ضد دی سیتر (AdS) در واقع یک هولوگرام است.

جهان واقعی فضای دسیتر است، یک کره همیشه در حال رشد که توسط انرژی مثبت خود به بیرون رانده می شود. در مقابل، فضای AdS با انرژی منفی القا می شود - ناشی از تفاوت در علامت یک ثابت در معادلات نسبیت عام - به فضا یک هندسه "هذلولی" می دهد: اجسام با حرکت به سمت بیرون از مرکز فضا منقبض می شوند. در یک مرز بیرونی بی نهایت کوچک می شود. Maldacena نشان داد که فضا-زمان و گرانش در درون یک جهان AdS دقیقاً با ویژگی‌های یک سیستم کوانتومی در مرز مطابقت دارد (مخصوصاً سیستمی به نام نظریه میدان منسجم یا CFT).

مقاله بمب 1997 Maldacena که این "مطابقات AdS/CFT" را توصیف می کند توسط مطالعات بعدی 22,000 بار - به طور متوسط ​​بیش از دو بار در روز - استناد شده است. تلاش برای بهره‌برداری از ایده‌های مبتنی بر AdS/CFT هدف اصلی هزاران نظریه‌پرداز برتر برای دهه‌ها بوده است. پیتر ویت، فیزیکدان ریاضی در دانشگاه کلمبیا.

همانطور که Maldacena خود نقشه AdS/CFT خود را بین فضا-زمان‌های دینامیکی و سیستم‌های کوانتومی بررسی می‌کرد، به کشف جدیدی در مورد کرم‌چاله‌ها دست یافت. او در حال مطالعه یک الگوی درهم تنیدگی خاص بود که شامل دو مجموعه ذره است، که در آن هر ذره در یک مجموعه با ذره ای در مجموعه دیگر در هم پیچیده است. مالداسینا نشان داد که این حالت از نظر ریاضی دوگانه به یک هولوگرام نسبتاً دراماتیک است: یک جفت سیاهچاله در فضای AdS که فضای داخلی آنها از طریق یک کرم چاله به هم متصل می شود.

یک دهه باید می گذشت تا مالداسینا، در سال 2013 (در شرایطی که "راست بگویم، او می گوید، یادم نمی آید") متوجه شد که کشف او ممکن است نشان دهنده مطابقت کلی تری بین درهم تنیدگی کوانتومی و اتصال از طریق کرم چاله باشد. او یک معادله کوچک مرموز - ER = EPR - در ایمیلی به ساسکیند ابداع کرد که بلافاصله متوجه شد. آن دو به سرعت حدس را توسعه داد با هم، نوشت: "ما استدلال می کنیم که پل انیشتین روزن بین دو سیاهچاله توسط همبستگی های EPR-مانند بین ریز حالت های دو سیاهچاله ایجاد می شود" و این دوگانگی ممکن است کلی تر از این باشد: "بسیار وسوسه انگیز است که فکر کن که هر سیستم همبسته EPR توسط نوعی پل ER متصل می شود.

شاید یک کرم چاله هر جفت ذرات درهم تنیده در جهان را به هم پیوند دهد و یک ارتباط فضایی ایجاد کند که تاریخچه مشترک آنها را ثبت کند. شاید تصور انیشتین مبنی بر اینکه کرمچاله ها با ذرات ارتباط دارند درست بود.

یک پل محکم

هنگامی که Jafferis سخنرانی Maldacena در مورد ER = EPR را در کنفرانسی در سال 2013 شنید، متوجه شد که دوگانگی حدسی باید به شما اجازه دهد تا با طراحی الگوی درهم تنیدگی، کرم‌چاله‌های سفارشی را طراحی کنید.

پل های استاندارد انیشتین-رزن برای طرفداران علمی تخیلی در همه جا ناامید کننده است: اگر یکی از آنها شکل می گرفت، به سرعت تحت نیروی گرانش خود فرو می ریزد و مدت ها قبل از اینکه یک سفینه فضایی یا هر چیز دیگری بتواند از آن عبور کند، از بین می رود. اما جافریس تصور کرد که یک سیم یا هر ارتباط فیزیکی دیگری بین دو مجموعه ذره درهم تنیده که دو دهانه کرم‌چاله را رمزگذاری می‌کنند، رشته کند. با این نوع جفت، عمل بر روی ذرات در یک طرف باعث ایجاد تغییراتی در ذرات در طرف دیگر می شود و شاید کرم چاله بین آنها را باز کند. "آیا ممکن است این باعث شود که کرم چاله قابل عبور باشد؟" جعفریس به یاد می آورد که متعجب بود. جافریس که از دوران کودکی مجذوب کرم‌چاله‌ها بود - یک اعجوبه فیزیک، او در 14 سالگی در دانشگاه ییل شروع کرد - این سوال را «تقریباً برای سرگرمی» دنبال کرد.

بازگشت به هاروارد، او و پینگ گائو، دانشجوی فوق لیسانس او ​​در آن زمان و آرون وال، سپس یک محقق بازدید کننده، سرانجام محاسبه کرد که در واقع، با جفت کردن دو مجموعه از ذرات درهم تنیده، می توانید عملیاتی را روی مجموعه سمت چپ انجام دهید که در تصویر فضا-زمان دوبعدی، کرم چاله را باز نگه می دارد. به دهان دست راست می رسد و یک کیوبیت را به داخل هل می دهد.

جافریس، گائو و والز کشف 2016 از این کرم چاله هولوگرافیک و قابل عبور، دریچه جدیدی به مکانیک هولوگرافی در اختیار محققان قرار داد. جافریس گفت: «این واقعیت که اگر کارهای درست را از بیرون انجام دهید، در نهایت می توانید از آن عبور کنید، به این معنی است که می توانید داخل کرم چاله را ببینید. "به این معنی است که می توان این واقعیت را بررسی کرد که دو سیستم درهم تنیده با هندسه متصل توصیف می شوند."

جافریس گفت: ظرف چند ماه، Maldacena و دو همکارش بر روی این طرح با نشان دادن اینکه کرم چاله قابل عبور را می توان در یک محیط ساده تحقق بخشید - "یک سیستم کوانتومی که به اندازه کافی ساده است که بتوانیم ساخت آن را تصور کنیم."

مدل SYK، همانطور که از آن نام برده می شود، سیستمی از ذرات ماده است که به جای جفت های معمول، به صورت گروهی برهم کنش دارند. اولین بار توسط سوبیر ساچدف و جینو یه در سال 1993 توصیف شد، این مدل از سال 2015 زمانی که فیزیکدان نظری شروع شد، ناگهان اهمیت بیشتری پیدا کرد. الکسی کیتایف کشف کرد که هولوگرافیک است. در یک سخنرانی در آن سال در سانتا باربارا، کالیفرنیا، کیتایف (که در SYK به K تبدیل شد) چندین تخته سیاه را با شواهدی پر کرد که نشان می‌دهد نسخه خاصی از مدلی که در آن ذرات ماده در گروه‌های چهارتایی برهم‌کنش می‌کنند، از نظر ریاضی به رنگ سیاه یک‌بعدی قابل ترسیم است. حفره ای در فضای AdS، با تقارن های یکسان و ویژگی های دیگر. او به یک حضار متعصب گفت: «برخی پاسخ ها در این دو مورد یکسان است. مالداسینا در ردیف جلو نشسته بود.

اتصال نقاط، Maldacena و نویسندگان همکار پیشنهاد شده دو مدل SYK که به هم متصل شده اند می توانند دو دهانه جافریس، گائو و کرم چاله قابل عبور وال را رمزگذاری کنند. جعفریس و گائو با نزدیک شدن به دویدند. تا سال 2019، آنها راه خود را پیدا کردند یک نسخه مشخص برای انتقال یک کیوبیت اطلاعات از یک سیستم ذرات چهار طرفه به دیگری. چرخاندن تمام جهت‌های چرخش ذرات، در تصویر فضا-زمان دوگانه، به یک موج ضربه‌ای انرژی منفی تبدیل می‌شود که از طریق کرم‌چاله عبور می‌کند، کیوبیت را به جلو می‌زند و در زمانی قابل پیش‌بینی، از دهان خارج می‌شود.

"کرم چاله جافریس اولین تحقق عینی ER = EPR است، جایی که او نشان می دهد این رابطه دقیقاً برای یک سیستم خاص برقرار است." الکس زلوکاپا، دانشجوی کارشناسی ارشد در موسسه فناوری ماساچوست و یکی از نویسندگان آزمایش جدید.

کرم چاله در آزمایشگاه

همانطور که کار نظری در حال توسعه بود، ماریا اسپیروپولو، فیزیکدان ذرات تجربی ماهر که در کشف بوزون هیگز در سال 2012 نقش داشت، به این فکر می کرد که چگونه از رایانه های کوانتومی نوپای برای انجام آزمایش های گرانش کوانتومی هولوگرافیک استفاده کند. در سال 2018 او جافریس را متقاعد کرد تا به تیم در حال رشد او، همراه با محققان Google Quantum AI - نگهبانان دستگاه Sycamore، بپیوندد.

برای اجرای پروتکل دوربری کرم چاله جافریس و گائو بر روی کامپیوتر کوانتومی پیشرفته اما هنوز کوچک و مستعد خطا، تیم اسپیروپولو مجبور شد این پروتکل را بسیار ساده کند. یک مدل کامل SYK شامل تقریباً بی‌نهایت ذرات است که با نقاط قوت تصادفی به یکدیگر جفت شده‌اند، زیرا فعل و انفعالات چهار طرفه در سراسر آن رخ می‌دهد. این قابل محاسبه نیست. حتی استفاده از 50 کیوبیت فرد به صدها هزار عملیات مداری نیاز دارد. محققان تصمیم گرفتند یک کرم چاله هولوگرافیک را تنها با هفت کیوبیت و صدها عملیات ایجاد کنند. برای انجام این کار، آنها باید مدل هفت ذره ای SYK را "تک" می کردند، تنها قوی ترین فعل و انفعالات چهار طرفه را رمزگذاری می کردند و بقیه را حذف می کردند، در حالی که خواص هولوگرافیک مدل را حفظ می کردند. اسپیروپولو گفت: «چند سال طول کشید تا بتوانیم روشی هوشمندانه برای انجام آن پیدا کنیم.

یکی از رازهای موفقیت، زلوکاپا، یک بچه ارکستر وایفیش بود که به عنوان یک دانشجوی کارشناسی ارشد Caltech به گروه تحقیقاتی Spiropulu پیوست. زلوکاپا که یک برنامه نویس با استعداد بود، برهمکنش های ذرات مدل SYK را بر روی اتصالات بین نورون های یک شبکه عصبی ترسیم کرد و به سیستم آموزش داد تا تا حد امکان اتصالات شبکه را حذف کند و در عین حال امضای کرم چاله کلیدی را حفظ کند. این روش تعداد تعاملات چهار طرفه را از صدها به پنج کاهش داد.

با آن، تیم شروع به برنامه نویسی کیوبیت های Sycamore کرد. هفت کیوبیت 14 ذره ماده را رمزگذاری می کند - هر کدام در سیستم های SYK چپ و راست، که در آن هر ذره در سمت چپ با یک ذره در سمت راست در هم پیچیده است. سپس یک کیوبیت هشتم، در ترکیبی احتمالی از حالت‌های 0 و 1، با یکی از ذرات مدل SYK سمت چپ مبادله می‌شود. حالات احتمالی آن کیوبیت به سرعت با حالات ذرات دیگر سمت چپ گره می خورد و اطلاعات خود را به طور مساوی مانند یک قطره جوهر در آب بین آنها پخش می کند. این از نظر هولوگرافیک دوتایی نسبت به کیوبیتی است که وارد دهانه چپ یک کرم چاله یک بعدی در فضای AdS می شود.

سپس چرخش بزرگ همه کیوبیت ها، دوتایی به یک پالس انرژی منفی که از کرم چاله می گذرد، می آید. چرخش باعث می شود کیوبیت تزریق شده به ذرات مدل SYK سمت راست منتقل شود. پرسکیل گفت، سپس اطلاعات پخش نمی‌شوند، «مانند هرج و مرج که به عقب می‌چرخد» و دوباره در محل ذره‌ای در سمت راست - شریک درهم‌تنیده ذره سمت چپ که جابجا شده بود، تمرکز می‌کند. سپس حالات کیوبیت ها همه اندازه گیری می شوند. محاسبه 0 و 1 در بسیاری از آزمایش‌های آزمایشی و مقایسه این آمار با وضعیت آماده‌شده کیوبیت‌های تزریق شده نشان می‌دهد که آیا کیوبیت‌ها در حال تله‌پورت کردن هستند یا خیر.

محققان به دنبال پیکی در داده‌ها می‌گردند که نشان‌دهنده تفاوت بین دو حالت است: اگر اوج را ببینند، به این معنی است که چرخش‌های کیوبیتی که دوگانه به پالس‌های انرژی منفی هستند، به کیوبیت‌ها اجازه تله‌پورت را می‌دهند، در حالی که چرخش‌ها در جهت مخالف، که عبارتند از دوتا پالس انرژی مثبت طبیعی، اجازه ندهید کیوبیت ها از بین بروند. (در عوض باعث بسته شدن کرمچاله می شوند.)

اواخر یک شب در ژانویه، پس از دو سال بهبود تدریجی و تلاش برای کاهش سر و صدا، زلوکاپا پروتکل تمام شده سیکامور را از راه دور از اتاق خواب دوران کودکی خود در منطقه خلیج سانفرانسیسکو، جایی که او پس از ترم اول تحصیلاتش در مدرسه در حال گذراندن تعطیلات زمستانی بود، اجرا کرد. .

اوج روی صفحه کامپیوترش ظاهر شد.

او گفت: «تندتر و تیزتر می شد. "داشتم اسکرین شات هایی از قله برای ماریا می فرستادم و بسیار هیجان زده می شدم و می نوشتم، "فکر می کنم ما اکنون یک کرم چاله می بینیم." اوج "اولین نشانه ای بود که می توانید گرانش را در یک کامپیوتر کوانتومی ببینید."

اسپیروپولو می گوید که به سختی می توانست قله تمیز و واضحی را که می دید باور کند. او گفت: «این بسیار شبیه زمانی بود که من اولین داده‌های کشف هیگز را دیدم. نه به این دلیل که انتظارش را نداشتم، اما خیلی به چشمم آمد.»

با کمال تعجب، علیرغم سادگی اسکلتی کرمچاله خود، محققان دومین علامت دینامیک کرمچاله را شناسایی کردند، یک الگوی ظریف در نحوه انتشار و عدم انتشار اطلاعات در بین کیوبیت ها به نام "پیچ اندازه" شناخته می شود. آن‌ها شبکه عصبی خود را برای حفظ این سیگنال آموزش نداده بودند، زیرا مدل SYK را کاهش می‌داد، بنابراین این واقعیت که به هر حال سیم پیچی اندازه نشان داده می‌شود، یک کشف تجربی در مورد هولوگرافی است.

جعفریس گفت: «ما چیزی در مورد این اموال با اندازه پیچ در پیچ مطالبه نکردیم، اما متوجه شدیم که ظاهر شده است. او گفت که این "استحکام" دوگانگی هولوگرافیک را تایید کرد. "یکی [خاصیت] را ظاهر کنید، سپس بقیه را به دست آورید، که نوعی شواهد است که این تصویر گرانشی درست است."

معنی کرمچاله

جافریس، که هرگز انتظار نداشت بخشی از یک آزمایش کرم‌چاله (یا هر آزمایش دیگری) باشد، فکر می‌کند یکی از مهم‌ترین راهکارها همان چیزی است که این آزمایش در مورد مکانیک کوانتومی می‌گوید. پدیده های کوانتومی مانند درهم تنیدگی معمولاً مات و انتزاعی هستند. ما نمی دانیم، برای مثال، چگونه اندازه گیری ذره A وضعیت B را از دور تعیین می کند. اما در آزمایش جدید، یک پدیده کوانتومی وصف ناپذیر - انتقال اطلاعات از راه دور بین ذرات - تعبیر ملموسی به عنوان ذره ای دارد که انرژی دریافت می کند و با سرعت قابل محاسبه ای از A به B حرکت می کند. نمای کیوبیت؛ جافریس گفت. شاید یک فرآیند کوانتومی مانند تله‌پورتاسیون «همیشه نسبت به آن کیوبیت گرانشی احساس می‌شود. اگر چنین چیزی از این آزمایش و سایر آزمایش‌های مرتبط به دست بیاید، قطعاً چیزهای عمیقی در مورد جهان ما به ما خواهد گفت.»

ساسکیند، که نگاهی اولیه به نتایج امروز داشت، گفت امیدوار است که آزمایش‌های کرم‌چاله در آینده که شامل کیوبیت‌های بیشتری می‌شود، بتوان برای کاوش درون کرم‌چاله به‌عنوان راهی برای بررسی خواص کوانتومی گرانش استفاده کرد. او گفت: «با انجام اندازه‌گیری در مورد آنچه گذشت، شما آن را بازجویی می‌کنید و آنچه را در داخل آن وجود دارد، می‌بینید. "به نظر من این راه جالبی است."

برخی از فیزیکدانان خواهند گفت که این آزمایش چیزی در مورد جهان ما به ما نمی گوید، زیرا به دوگانگی بین مکانیک کوانتومی و فضای ضد دی سیتر پی می برد، که جهان ما چنین نیست.

در 25 سال پس از کشف مکاتبات AdS/CFT توسط Maldacena، فیزیکدانان به دنبال دوگانگی هولوگرافیک مشابهی برای فضای دی سیتر بودند - نقشه ای که از یک سیستم کوانتومی به دنیای با انرژی مثبت و در حال انبساط دی سیتر که در آن زندگی می کنیم، می رود. بسیار کندتر از AdS، که باعث می شود برخی شک کنند که آیا فضای De Sitter اصلاً هولوگرافیک است یا خیر. "سوالاتی مانند "در مورد اینکه این در مورد فیزیکی بیشتر dS کار کند چه می شود؟" وویت، منتقد تحقیقات AdS/CFT، می‌گوید که جدید نیستند، اما بسیار قدیمی هستند و موضوع ده‌ها هزار سال تلاش ناموفق بوده‌اند. "آنچه لازم است، ایده های کاملا متفاوتی است."

منتقدان استدلال می‌کنند که این دو نوع فضا کاملاً با هم تفاوت دارند: AdS یک مرز بیرونی دارد و فضای dS ندارد، بنابراین هیچ انتقال ریاضی روانی وجود ندارد که بتواند یکی را به دیگری تبدیل کند. و مرز سخت فضای AdS همان چیزی است که هولوگرافی را در آن تنظیمات آسان می کند و سطح کوانتومی را برای نمایش فضا فراهم می کند. در مقایسه، در جهان دی سیتر ما، تنها مرزها دورترین و آینده نامحدود است. اینها سطوح مه آلودی هستند که می توان از آنها یک هولوگرام فضا-زمان را نشان داد.

Renate Lollیک نظریه‌پرداز برجسته گرانش کوانتومی در دانشگاه رادبود در هلند، همچنین تأکید کرد که آزمایش کرم‌چاله مربوط به فضا-زمان دو بعدی است - کرم‌چاله یک رشته است، با یک بعد فضایی به علاوه بعد زمانی - در حالی که گرانش در فضای 2 بعدی پیچیده‌تر است. او با ایمیل گفت: «درگیر پیچیدگی‌های مدل‌های اسباب‌بازی دوبعدی، در حالی که چشم‌انداز چالش‌های متفاوت و بزرگ‌تری را که در گرانش کوانتومی چهاربعدی در انتظار ما هستند، از دست می‌دهیم، بسیار وسوسه‌انگیز است. برای این نظریه، نمی‌توانم ببینم رایانه‌های کوانتومی با قابلیت‌های کنونی‌شان چگونه می‌توانند کمک زیادی کنند... اما من با خوشحالی تصحیح خواهم کرد.»

اکثر محققان گرانش کوانتومی معتقدند همه اینها مسائل دشوار اما قابل حل هستند – که الگوی درهم تنیدگی که فضای 4 بعدی د سیتر را می بافد پیچیده تر از تبلیغات دو بعدی است، اما با این وجود می توانیم با مطالعه هولوگرافی در محیط های ساده تر، درس های کلی را استخراج کنیم. این کمپ تمایل دارد دو نوع فضا، dS و AdS را بیشتر شبیه به هم ببیند تا متفاوت. هر دو راه حلی برای نظریه نسبیت انیشتین هستند که فقط با یک علامت منفی تفاوت دارند. هر دو جهان dS و AdS حاوی سیاهچاله هایی هستند که با پارادوکس های یکسانی آسیب دیده اند. و هنگامی که در فضای AdS، دور از دیوار بیرونی آن هستید، به سختی می توانید محیط اطراف خود را از د سیتر تشخیص دهید.

با این حال، ساسکیند موافق است که زمان واقعی شدن فرا رسیده است. او گفت: "من فکر می کنم زمان آن فرا رسیده است که از زیر لایه محافظ فضای AdS خارج شویم و به دنیایی باز شویم که ممکن است ارتباط بیشتری با کیهان شناسی داشته باشد." "فضای دی سیتر یک جانور دیگر است."

برای این منظور، ساسکیند ایده جدیدی دارد. که در یک پیش چاپ او در ماه سپتامبر به صورت آنلاین پست شد، او پیشنهاد کرد که فضای د سیتر ممکن است هولوگرام یک نسخه متفاوت از مدل SYK باشد - نه نسخه ای با برهمکنش های ذرات چهار طرفه، بلکه جایی که در آن تعداد ذرات درگیر در هر برهمکنش با مربع افزایش می یابد. ریشه تعداد کل ذرات او گفت که این «محدودیت دوگانه» مدل SYK «بیشتر شبیه به de Sitter رفتار می کند تا AdS». هیچ مدرکی وجود ندارد، اما شواهد غیرمستقیم وجود دارد.»

ساسکیند گفت: چنین سیستم کوانتومی پیچیده‌تر از سیستمی است که تاکنون برنامه‌ریزی شده است، و ساسکیند می‌گوید: «این حد چیزی است که در آزمایشگاه قابل درک است یا خیر». آنچه مسلم به نظر می رسد این است که اکنون که یک کرم چاله هولوگرافیک وجود دارد، تعداد بیشتری نیز باز خواهند شد.