Natuurkundigen maken een wormgat met behulp van een kwantumcomputer

Natuurkundigen hebben naar verluidt het allereerste wormgat gecreëerd, een soort tunnel die in 1935 werd getheoretiseerd door Albert Einstein en Nathan Rosen die van de ene plaats naar de andere leidt door een extra dimensie van de ruimte binnen te gaan.

Het wormgat ontstond als een hologram uit kwantumbits informatie, of 'qubits', opgeslagen in kleine supergeleidende circuits. Door de qubits te manipuleren, stuurden de natuurkundigen vervolgens informatie door het wormgat meldde vandaag in het tijdschrift NATUUR.

Het team, onder leiding van Maria Spiropulu van het California Institute of Technology, het nieuwe "wormgat-teleportatieprotocol" geïmplementeerd met behulp van de kwantumcomputer van Google, een apparaat genaamd Sycamore dat is gehuisvest bij Google Quantum AI in Santa Barbara, Californië. Met dit unieke 'kwantumzwaartekrachtexperiment op een chip', zoals Spiropulu het beschreef, versloegen zij en haar team een ​​concurrerende groep natuurkundigen die wormgat-teleportatie willen doen met de kwantumcomputers van IBM en Quantinuum.

Toen Spiropulu de sleutelsignatuur zag die aangaf dat qubits door het wormgat gingen, zei ze: "Ik was geschokt."

Het experiment kan worden gezien als bewijs voor het holografische principe, een veelomvattende hypothese over hoe de twee pijlers van de fundamentele fysica, de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie, in elkaar passen. Natuurkundigen hebben er sinds de jaren dertig naar gestreefd om deze onsamenhangende theorieën met elkaar te verzoenen - de ene, een regelboek voor atomen en subatomaire deeltjes, de andere, Einsteins beschrijving van hoe materie en energie het ruimte-tijdweefsel vervormen en zwaartekracht genereren. Het holografische principe, dat sinds de jaren 1930 in opkomst is, stelt een wiskundige gelijkwaardigheid of "dualiteit" tussen de twee kaders. Het zegt dat het buigzame ruimte-tijd continuüm beschreven door de algemene relativiteitstheorie in werkelijkheid een kwantumsysteem is van vermomde deeltjes. Ruimte-tijd en zwaartekracht komen voort uit kwantumeffecten zoals een 1990D-hologram uit een 3D-patroon projecteert.

Het nieuwe experiment bevestigt inderdaad dat kwantumeffecten, van het type dat we kunnen controleren in een kwantumcomputer, aanleiding kunnen geven tot een fenomeen dat we verwachten te zien in de relativiteitstheorie: een wormgat. Het evoluerende systeem van qubits in de Sycamore-chip "heeft een heel coole alternatieve beschrijving", zei John Prekill, een theoretisch natuurkundige bij Caltech die niet betrokken was bij het experiment. "Je kunt het systeem in een heel andere taal zien als zwaartekracht."

Voor alle duidelijkheid: in tegenstelling tot een gewoon hologram is het wormgat niet iets dat we kunnen zien. Hoewel het volgens co-auteur kan worden beschouwd als "een gloeidraad van echte ruimte-tijd". Daniël Jafferis van Harvard University, hoofdontwikkelaar van het wormgat-teleportatieprotocol, maakt het geen deel uit van dezelfde realiteit waarin wij en de Sycamore-computer leven. Het holografische principe zegt dat de twee realiteiten - die met het wormgat en die met de qubits - alternatieve versies zijn van dezelfde fysica, maar hoe je dit soort dualiteit kunt conceptualiseren, blijft mysterieus.

Over de fundamentele implicaties van het resultaat zullen de meningen verschillen. Cruciaal is dat het holografische wormgat in het experiment bestaat uit een ander soort ruimte-tijd dan de ruimte-tijd van ons eigen universum. Het is de vraag of het experiment de hypothese bevordert dat de ruimte-tijd die we bewonen ook holografisch is, gevormd door kwantumbits.

"Ik denk dat het waar is dat de zwaartekracht in ons universum tevoorschijn komt uit sommige kwantum [bits] op dezelfde manier als dit kleine eendimensionale wormgat voor baby's tevoorschijn komt" uit de Sycamore-chip, zei Jafferis. “Dat weten we natuurlijk niet zeker. We proberen het te begrijpen.”

In het wormgat

Het verhaal van het holografische wormgat is terug te voeren op twee ogenschijnlijk niet-gerelateerde artikelen die in 1935 werden gepubliceerd: een door Einstein en Rosen, bekend als ER, de andere door hen beiden en Boris Podolsky, bekend als EPR. Zowel de ER- als de EPR-papieren werden aanvankelijk beoordeeld als marginale werken van de grote E. Dat is veranderd.

In de ER-paper stuitten Einstein en zijn jonge assistent, Rosen, op de mogelijkheid van wormgaten terwijl ze probeerden de algemene relativiteitstheorie uit te breiden tot een uniforme theorie van alles - niet alleen een beschrijving van ruimte-tijd, maar ook van de subatomaire deeltjes die erin zweven. Ze hadden zich gevestigd op haken en ogen in het ruimte-tijdweefsel dat de Duitse natuurkundige-soldaat Karl Schwarzschild in 1916 had gevonden tussen de vouwen van de algemene relativiteitstheorie, slechts enkele maanden nadat Einstein de theorie had gepubliceerd. Schwarzschild toonde aan dat massa zichzelf door de zwaartekracht zo sterk kan aantrekken dat het oneindig geconcentreerd wordt in een punt, waarbij de ruimte-tijd daar zo scherp kromt dat variabelen oneindig worden en de vergelijkingen van Einstein niet goed werken. We weten nu dat deze "singulariteiten" in het hele universum bestaan. Het zijn punten die we niet kunnen beschrijven of zien, elk verborgen in het centrum van een zwart gat dat door de zwaartekracht al het nabije licht vasthoudt. Singulariteiten zijn waar een kwantumtheorie van de zwaartekracht het meest nodig is.

Einstein en Rosen speculeerden dat de wiskunde van Schwarzschild een manier zou kunnen zijn om elementaire deeltjes in de algemene relativiteitstheorie te pluggen. Om de foto te laten werken, knipten ze de singulariteit uit zijn vergelijkingen en verwisselden ze nieuwe variabelen die de scherpe punt vervingen door een extra-dimensionale buis die naar een ander deel van de ruimte-tijd gleed. Einstein en Rosen betoogden, ten onrechte maar vooruitziend, dat deze "bruggen" (of wormgaten) deeltjes zouden kunnen voorstellen.

Ironisch genoeg hield het duo bij het streven om wormgaten en deeltjes met elkaar in verband te brengen, geen rekening met het vreemde deeltjesverschijnsel dat ze twee maanden eerder met Podolsky in de EPR-paper hadden geïdentificeerd: kwantumverstrengeling.

Verstrengeling ontstaat wanneer twee deeltjes op elkaar inwerken. Volgens kwantumregels kunnen deeltjes meerdere mogelijke toestanden tegelijk hebben. Dit betekent dat een interactie tussen deeltjes meerdere mogelijke uitkomsten heeft, afhankelijk van de toestand waarin elk deeltje zich aanvankelijk bevindt. Hun resulterende toestanden zullen echter altijd gekoppeld zijn - hoe deeltje A eindigt, hangt af van hoe deeltje B blijkt te zijn. Na zo'n interactie hebben de deeltjes een gedeelde formule die de verschillende gecombineerde toestanden specificeert waarin ze zich kunnen bevinden.

De schokkende consequentie, die ervoor zorgde dat de EPR-auteurs twijfelden aan de kwantumtheorie, is 'spookachtige actie op afstand', zoals Einstein het uitdrukte: het meten van deeltje A (dat één realiteit uit zijn mogelijkheden kiest) bepaalt onmiddellijk de overeenkomstige toestand van B, ongeacht hoe ver weg B is.

Verstrengeling is in waargenomen belang toegenomen sinds natuurkundigen in de jaren negentig ontdekten dat het nieuwe soorten berekeningen mogelijk maakt. Het verstrengelen van twee qubits - kwantumobjecten zoals deeltjes die in twee mogelijke toestanden bestaan, 1990 en 0 - levert vier mogelijke toestanden op met verschillende waarschijnlijkheden (1 en 0, 0 en 0, 1 en 1, en 0 en 1). Drie qubits maken acht gelijktijdige mogelijkheden, enzovoort; de kracht van een "kwantumcomputer" groeit exponentieel met elke extra verstrengelde qubit. Organiseer de verstrengeling slim en je kunt alle combinaties van nullen en enen opheffen, behalve de reeks die het antwoord op een berekening geeft. Prototype kwantumcomputers gemaakt van enkele tientallen qubits zijn de afgelopen jaren gerealiseerd, aangevoerd door de 1-qubit Sycamore-machine van Google.

Ondertussen hebben kwantumzwaartekrachtonderzoekers zich om een ​​andere reden gefixeerd op kwantumverstrengeling: als de mogelijke broncode van het ruimte-tijdhologram.

ER = EPD

Het gesprek over opkomende ruimte-tijd en holografie begon eind jaren tachtig, nadat de zwarte-gat-theoreticus John Wheeler de opvatting verkondigde dat ruimte-tijd en alles daarin zou kunnen voortkomen uit informatie. Al snel vroegen andere onderzoekers, waaronder de Nederlandse natuurkundige Gerard 't Hooft, zich af of deze verschijning zou kunnen lijken op de projectie van een hologram. In onderzoeken naar zwarte gaten en in de snaartheorie waren voorbeelden opgedoken waarbij één beschrijving van een fysisch scenario vertaald kon worden in een even valide weergave ervan met één extra ruimtelijke dimensie. In een artikel uit 1980 met de titel "De wereld als hologram' Leonard Susskind, een kwantumzwaartekrachttheoreticus aan de Stanford University, werkte het holografische principe van 't Hooft uit, met het argument dat een volume van buigzame ruimte-tijd beschreven door de algemene relativiteitstheorie equivalent is aan, of "duaal" is, met een systeem van kwantumdeeltjes in de lagere dimensionale regio van het gebied. grens.

Een gedenkwaardig voorbeeld van holografie kwam drie jaar later. Juan Maldacena, een kwantumzwaartekrachttheoreticus die nu verbonden is aan het Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey, ontdekt dat een soort ruimte genaamd anti-de Sitter (AdS) ruimte inderdaad een hologram is.

Het eigenlijke universum is de Sitter-ruimte, een steeds groter wordende bol die door zijn eigen positieve energie naar buiten wordt gedreven. AdS-ruimte daarentegen is doordrenkt met negatieve energie - het resultaat van een verschil in het teken van één constante in de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie - waardoor de ruimte een "hyperbolische" geometrie krijgt: objecten krimpen als ze naar buiten bewegen vanuit het midden van de ruimte, oneindig klein worden aan een buitengrens. Maldacena toonde aan dat ruimte-tijd en zwaartekracht binnen een AdS-universum exact overeenkomen met eigenschappen van een kwantumsysteem op de grens (in het bijzonder een systeem dat een conforme veldtheorie of CFT wordt genoemd).

Maldacena's opzienbarende paper uit 1997 waarin deze 'AdS/CFT-correspondentie' wordt beschreven, is in daaropvolgende onderzoeken 22,000 keer geciteerd — gemiddeld meer dan twee keer per dag. "Proberen om ideeën gebaseerd op AdS/CFT te exploiteren, is al tientallen jaren het belangrijkste doel van duizenden van de beste theoretici", zei hij. Peter Wout, een wiskundig natuurkundige aan de Columbia University.

Terwijl Maldacena zelf zijn AdS/CFT-kaart tussen dynamische ruimte-tijd en kwantumsystemen verkende, deed hij een nieuwe ontdekking over wormgaten. Hij bestudeerde een bepaald verstrengelingspatroon met twee sets deeltjes, waarbij elk deeltje in de ene set verstrengeld is met een deeltje in de andere. Maldacena vertoonde dat deze staat wiskundig tweeledig is met een nogal dramatisch hologram: een paar zwarte gaten in de AdS-ruimte waarvan de binnenkant via een wormgat met elkaar verbonden is.

Er moest een decennium verstrijken voordat Maldacena in 2013 (onder omstandigheden die "om eerlijk te zijn, ik kan het me niet herinneren", zegt hij) besefte dat zijn ontdekking een meer algemene overeenkomst zou kunnen betekenen tussen kwantumverstrengeling en verbinding via wormgat. Hij bedacht een cryptische kleine vergelijking - ER = EPR - in een e-mail aan Susskind, die het meteen begreep. De twee snel ontwikkelde het vermoeden samen schrijven: "We beweren dat de Einstein Rosen-brug tussen twee zwarte gaten wordt gecreëerd door EPR-achtige correlaties tussen de microtoestanden van de twee zwarte gaten", en dat de dualiteit misschien algemener is dan dat: "Het is erg verleidelijk om denk dat elke EPR-gecorreleerd systeem is verbonden door een soort ER-brug.

Misschien verbindt een wormgat elk verstrengeld paar deeltjes in het universum en smeedt het een ruimtelijke verbinding die hun gedeelde geschiedenis vastlegt. Misschien klopte Einsteins vermoeden dat wormgaten met deeltjes te maken hebben.

Een stevige brug

Toen Jafferis op een conferentie in 2013 Maldacena een lezing hoorde houden over ER = EPR, realiseerde hij zich dat de veronderstelde dualiteit je in staat zou moeten stellen op maat gemaakte wormgaten te ontwerpen door het verstrengelingspatroon aan te passen.

Standaard Einstein-Rosen-bruggen zijn een teleurstelling voor sci-fi-fans overal: als er een zou ontstaan, zou het snel instorten onder zijn eigen zwaartekracht en afknijpen lang voordat een ruimteschip of iets anders er doorheen zou kunnen komen. Maar Jafferis stelde zich voor dat hij een draad of een andere fysieke verbinding zou maken tussen de twee sets verstrengelde deeltjes die coderen voor de twee monden van een wormgat. Met dit soort koppeling zou het opereren op de deeltjes aan de ene kant veranderingen teweegbrengen in de deeltjes aan de andere kant, waardoor misschien het wormgat ertussen zou worden geopend. "Zou het kunnen dat dat het wormgat doorkruisbaar maakt?" Jafferis herinnert zich dat hij zich afvroeg. Al sinds zijn jeugd gefascineerd door wormgaten - een natuurkundig wonderkind, begon hij op 14-jarige leeftijd aan de Yale University - Jafferis vervolgde de vraag 'bijna voor de lol'.

Terug op Harvard, hij en Ping Gao, zijn toenmalige afgestudeerde student, en Aron Muur, toen een bezoekende onderzoeker, berekende uiteindelijk dat je inderdaad, door twee sets van verstrengelde deeltjes te koppelen, een bewerking kunt uitvoeren op de linkerset die, in het duale, hoger-dimensionale ruimte-tijdbeeld, het wormgat openhoudt dat leidt naar de rechtermond en duwt er een qubit doorheen.

Jafferis, Gao en Wall's 2016 ontdekking van dit holografische, doorkruisbare wormgat gaf onderzoekers een nieuw venster op de mechanica van holografie. "Het feit dat als je van buitenaf de juiste dingen doet, je er uiteindelijk doorheen kunt komen, betekent ook dat je naar binnen kunt kijken", zei Jafferis. "Het betekent dat het mogelijk is om dit feit te onderzoeken dat twee verstrengelde systemen worden beschreven door een of andere verbonden geometrie."

Binnen enkele maanden hadden Maldacena en twee collega's op het plan voortgebouwd door te laten zien dat het doorkruisbare wormgat in een eenvoudige omgeving kon worden gerealiseerd - "een kwantumsysteem dat zo eenvoudig is dat we ons kunnen voorstellen het te maken", zei Jafferis.

Het SYK-model, zoals het wordt genoemd, is een systeem van materiedeeltjes die in groepen op elkaar inwerken, in plaats van de gebruikelijke paren. Voor het eerst beschreven door Subir Sachdev en Jinwu Ye in 1993, deed het model er ineens veel meer toe vanaf 2015, toen de theoretisch natuurkundige Alexei Kitajev ontdekte dat het holografisch is. Tijdens een lezing dat jaar in Santa Barbara, Californië, vulde Kitaev (die de K in SYK werd) verschillende krijtborden met bewijzen dat de specifieke versie van het model waarin materiedeeltjes interageren in groepen van vier, wiskundig kan worden afgebeeld op een eendimensionale zwarte gat in AdS-ruimte, met identieke symmetrieën en andere eigenschappen. "Sommige antwoorden zijn in beide gevallen hetzelfde", zei hij tegen een enthousiast publiek. Maldacena zat op de eerste rij.

Connecting the dots, Maldacena en co-auteurs voorgestelde dat twee aan elkaar gekoppelde SYK-modellen de twee monden van Jafferis, Gao en Wall's doorkruisbare wormgat konden coderen. Jafferis en Gao renden met de nadering mee. In 2019 vonden ze hun weg naar een concreet voorschrift voor het teleporteren van een qubit aan informatie van het ene systeem van in vier richtingen op elkaar inwerkende deeltjes naar het andere. Het roteren van alle draairichtingen van de deeltjes vertaalt zich, in het dubbele ruimte-tijdbeeld, in een schokgolf met negatieve energie die door het wormgat veegt, de qubit naar voren schopt en, op een voorspelbare tijd, uit de mond.

"Het wormgat van Jafferis is de eerste concrete realisatie van ER = EPR, waar hij laat zien dat de relatie precies geldt voor een bepaald systeem," zei Alex Zlokapa, een afgestudeerde student aan het Massachusetts Institute of Technology en co-auteur van het nieuwe experiment.

Wormgat in het laboratorium

Terwijl het theoretische werk zich ontwikkelde, dacht Maria Spiropulu, een ervaren experimentele deeltjesfysicus die betrokken was bij de ontdekking van het Higgs-deeltje in 2012, na over het gebruik van ontluikende kwantumcomputers om holografische kwantumzwaartekrachtexperimenten uit te voeren. In 2018 haalde ze Jafferis over om zich bij haar groeiende team aan te sluiten, samen met onderzoekers van Google Quantum AI - bewaarders van het Sycamore-apparaat.

Om het wormgat-teleportatieprotocol van Jafferis en Gao uit te voeren op de ultramoderne maar nog steeds kleine en foutgevoelige kwantumcomputer, moest het team van Spiropulu het protocol aanzienlijk vereenvoudigen. Een volledig SYK-model bestaat uit praktisch oneindig veel deeltjes die aan elkaar zijn gekoppeld met willekeurige sterktes, aangezien er overal vierweginteracties plaatsvinden. Dit is niet haalbaar om te berekenen; zelfs het gebruik van alle ongeveer 50 beschikbare qubits zou honderdduizenden circuitbewerkingen vereisen. De onderzoekers wilden een holografisch wormgat maken met slechts zeven qubits en honderden bewerkingen. Om dit te doen, moesten ze het SYK-model met zeven deeltjes "sparsifiëren", waarbij ze alleen de sterkste vierweginteracties codeerden en de rest weglieten, terwijl de holografische eigenschappen van het model behouden bleven. "Het kostte een paar jaar om een ​​slimme manier te bedenken om het te doen," zei Spiropulu.

Een van de geheimen van het succes was Zlokapa, een afstandelijk orkestkind dat als Caltech-student bij Spiropulu's onderzoeksgroep kwam. Zlokapa, een begenadigd programmeur, bracht de deeltjesinteracties van het SYK-model in kaart op de verbindingen tussen neuronen van een neuraal netwerk, en trainde het systeem om zoveel mogelijk netwerkverbindingen te verwijderen met behoud van een belangrijke wormgatsignatuur. De procedure bracht het aantal interacties in vier richtingen terug van honderden naar vijf.

Daarmee begon het team de qubits van Sycamore te programmeren. Zeven qubits coderen voor 14 materiedeeltjes - zeven elk in de linker en rechter SYK-systemen, waar elk deeltje aan de linkerkant verstrengeld is met één aan de rechterkant. Een achtste qubit, in een probabilistische combinatie van toestanden 0 en 1, wordt vervolgens verwisseld met een van de deeltjes uit het linker SYK-model. De mogelijke toestanden van die qubit raken snel verward met de toestanden van de andere deeltjes aan de linkerkant, waardoor de informatie gelijkmatig over hen wordt verspreid als een druppel inkt in water. Dit is holografisch tweevoudig met de qubit die de linkermond van een eendimensionaal wormgat in de AdS-ruimte binnengaat.

Dan komt de grote rotatie van alle qubits, gekoppeld aan een puls van negatieve energie die door het wormgat stroomt. Door de rotatie wordt de geïnjecteerde qubit overgebracht naar de deeltjes van het rechter SYK-model. Dan verspreidt de informatie zich, zei Preskill, "alsof chaos achteruit loopt", en focust zich opnieuw op de plaats van een enkel deeltje aan de rechterkant - de verstrengelde partner van het linkerdeeltje dat werd uitgewisseld. Vervolgens worden de toestanden van de qubits allemaal gemeten. Door 0s en 1s te tellen over vele experimentele runs en deze statistieken te vergelijken met de voorbereide staat van de geïnjecteerde qubits, blijkt of qubits over teleporteren.

De onderzoekers zoeken naar een piek in de gegevens die een verschil vertegenwoordigt tussen twee gevallen: als ze de piek zien, betekent dit dat qubit-rotaties die dubbel zijn aan negatieve energiepulsen ervoor zorgen dat qubits kunnen teleporteren, terwijl rotaties in de tegenovergestelde richting, die zijn dual aan pulsen van normale, positieve energie, laat geen qubits door. (In plaats daarvan zorgen ze ervoor dat het wormgat sluit.)

Op een late avond in januari, na twee jaar van geleidelijke verbeteringen en inspanningen om het lawaai te verminderen, voerde Zlokapa het voltooide protocol over Sycamore op afstand uit vanuit zijn kinderslaapkamer in de San Francisco Bay Area, waar hij de wintervakantie doorbracht na zijn eerste semester van grad school. .

De piek verscheen op zijn computerscherm.

"Het werd steeds scherper en scherper", zei hij. "Ik stuurde screenshots van de piek naar Maria en raakte erg opgewonden toen ik schreef: 'Ik denk dat we nu een wormgat zien.'" De piek was "het eerste teken dat je zwaartekracht kon zien op een kwantumcomputer."

Spiropulu zegt dat ze de zuivere, uitgesproken piek die ze zag nauwelijks kon geloven. "Het leek erg op toen ik de eerste gegevens voor de Higgs-ontdekking zag", zei ze. "Niet omdat ik het niet had verwacht, maar het kwam te veel in mijn gezicht."

Verrassend genoeg ontdekten de onderzoekers, ondanks de skeletachtige eenvoud van hun wormgat, een tweede kenmerk van wormgatdynamiek, een delicaat patroon in de manier waarop informatie zich verspreidde en niet verspreidde tussen de qubits, bekend als "size-winding". Ze hadden hun neurale netwerk niet getraind om dit signaal vast te houden omdat het het SYK-model verkleinde, dus het feit dat size-winding toch opduikt, is een experimentele ontdekking over holografie.

"We hebben niets geëist over deze omvangrijke eigenschap, maar we ontdekten dat het er gewoon uitkwam", zei Jafferis. Dit "bevestigde de robuustheid" van de holografische dualiteit, zei hij. "Laat één [eigenschap] verschijnen, dan krijg je de rest, wat een soort bewijs is dat dit zwaartekrachtbeeld de juiste is."

De betekenis van het wormgat

Jafferis, die nooit had verwacht deel uit te maken van een wormgat-experiment (of een ander experiment), denkt dat een van de belangrijkste punten is wat het experiment zegt over de kwantummechanica. Kwantumverschijnselen zoals verstrengeling zijn normaal gesproken ondoorzichtig en abstract; we weten bijvoorbeeld niet hoe een meting van deeltje A de toestand van B op afstand bepaalt. Maar in het nieuwe experiment heeft een onuitsprekelijk kwantumfenomeen - informatie die tussen deeltjes teleporteert - een tastbare interpretatie als een deeltje dat een kick van energie krijgt en met een berekenbare snelheid van A naar B beweegt. zicht op de qubit; het beweegt causaal, 'zei Jafferis. Misschien voelt een kwantumproces zoals teleportatie 'altijd aan als zwaartekracht voor die qubit. Als zoiets uit dit experiment en andere gerelateerde experimenten zou kunnen komen, zal dat ons zeker iets diepgaands over ons universum vertellen.”

Susskind, die de resultaten van vandaag vroeg heeft bekeken, zei dat hij hoopt dat toekomstige wormgat-experimenten met veel meer qubits kunnen worden gebruikt om het binnenste van het wormgat te verkennen als een manier om de kwantumeigenschappen van de zwaartekracht te onderzoeken. "Door metingen te doen van wat er is gebeurd, ondervraag je het en kijk je wat erin zat", zei hij. "Dat lijkt me een interessante manier om te gaan."

Sommige natuurkundigen zullen zeggen dat het experiment ons niets vertelt over ons universum, omdat het een dualiteit realiseert tussen kwantummechanica en anti-de Sitter-ruimte, wat ons universum niet is.

In de 25 jaar sinds Maldacena's ontdekking van de AdS/CFT-correspondentie, hebben natuurkundigen gezocht naar een vergelijkbare holografische dualiteit voor de Sitter-ruimte - een kaart die gaat van een kwantumsysteem naar het positief geactiveerde, uitbreidende de Sitter-universum waarin we leven. Maar er is vooruitgang geboekt veel langzamer dan voor AdS, waardoor sommigen twijfelen of de Sitter-ruimte überhaupt holografisch is. “Vragen als 'Hoe zit het met dit werkend te krijgen in het meer fysieke geval van dS?' zijn niet nieuw, maar erg oud en zijn het onderwerp geweest van tienduizenden mensjaren van mislukte pogingen”, zegt Woit, een criticus van AdS/CFT-onderzoek. "Wat nodig is, zijn een aantal heel verschillende ideeën."

Critici beweren dat de twee soorten ruimte categorisch verschillen: AdS heeft een buitengrens en dS-ruimte niet, dus er is geen vloeiende wiskundige overgang die de een in de ander kan veranderen. En juist de harde grens van de AdS-ruimte maakt holografie in die omgeving gemakkelijk, en biedt het kwantumoppervlak van waaruit de ruimte kan worden geprojecteerd. Ter vergelijking: in ons de Sitter-universum zijn de enige grenzen de verste die we kunnen zien en de oneindige toekomst. Dit zijn vage oppervlakken om te proberen een ruimte-tijd hologram te projecteren.

Renate Lol, een bekende kwantumzwaartekrachttheoreticus aan de Radboud Universiteit in Nederland, benadrukte ook dat het wormgat-experiment betrekking heeft op 2D-ruimte-tijd - het wormgat is een filament, met één ruimtelijke dimensie plus de tijdsdimensie - terwijl zwaartekracht ingewikkelder is in de 4D-ruimte- tijd waarin we leven. "Het is nogal verleidelijk om verstrikt te raken in de fijne kneepjes van de 2D-speelgoedmodellen", zei ze per e-mail, "terwijl we de verschillende en grotere uitdagingen uit het oog verliezen die ons te wachten staan ​​in 4D-kwantumzwaartekracht. Voor die theorie zie ik niet in hoe kwantumcomputers met hun huidige mogelijkheden veel kunnen helpen … maar ik sta graag gecorrigeerd.”

De meeste kwantumzwaartekrachtonderzoekers geloven dat dit allemaal moeilijke maar oplosbare problemen zijn - dat het verstrengelingspatroon dat 4D de Sitter-ruimte weeft ingewikkelder is dan voor 2D AdS, maar we kunnen niettemin algemene lessen trekken door holografie in eenvoudiger instellingen te bestuderen. Dit kamp ziet de twee soorten ruimte, dS en AdS, eerder als vergelijkbaar dan als verschillend. Beide zijn oplossingen voor de relativiteitstheorie van Einstein, die alleen verschillen door een minteken. Zowel dS- als AdS-universums bevatten zwarte gaten die door dezelfde paradoxen worden getroffen. En als je diep in de AdS-ruimte zit, ver van de buitenmuur, kun je je omgeving nauwelijks onderscheiden van de Sitter.

Toch is Susskind het ermee eens dat het tijd is om echt te worden. "Ik denk dat het tijd wordt dat we onder de beschermende laag van AdS-ruimte vandaan komen en ons openstellen voor de wereld die misschien meer met kosmologie te maken heeft", zei hij. "De Sitter-ruimte is een ander beest."

Daartoe heeft Susskind een nieuw idee. In een voordruk online geplaatst in september, stelde hij voor dat de Sitter-ruimte een hologram zou kunnen zijn van een andere versie van het SYK-model - niet degene met vierwegdeeltjesinteracties, maar een waarin het aantal deeltjes dat betrokken is bij elke interactie groeit naarmate het vierkant wortel van het totale aantal deeltjes. Deze "dubbel geschaalde limiet" van het SYK-model gedraagt ​​zich "meer als de Sitter dan als AdS", zei hij. "Er is verre van een bewijs, maar er is indirect bewijs."

Zo'n kwantumsysteem is complexer dan het systeem dat tot nu toe is geprogrammeerd, en "of die limiet iets is dat in het laboratorium zal worden gerealiseerd, weet ik niet", zei Susskind. Wat zeker lijkt, is dat er, nu er één holografisch wormgat is, er meer zullen openen.