Fizycy tworzą tunel czasoprzestrzenny za pomocą komputera kwantowego

Fizycy rzekomo stworzyli pierwszy w historii tunel czasoprzestrzenny, rodzaj tunelu wymyślonego w 1935 roku przez Alberta Einsteina i Nathana Rosena, który prowadzi z jednego miejsca do drugiego, przechodząc do dodatkowego wymiaru przestrzeni.

Tunel czasoprzestrzenny wyłonił się jak hologram z kwantowych bitów informacji lub „kubitów” przechowywanych w maleńkich obwodach nadprzewodzących. Manipulując kubitami, fizycy przesłali następnie informacje przez tunel czasoprzestrzenny zgłoszone dzisiaj w dzienniku Natura.

Zespół, kierowany przez Marii Spiropulu z California Institute of Technology wdrożył nowy „protokół teleportacji tunelu czasoprzestrzennego” przy użyciu komputera kwantowego Google, urządzenia o nazwie Sycamore, które znajduje się w Google Quantum AI w Santa Barbara w Kalifornii. Dzięki temu pierwszemu w swoim rodzaju „eksperymentowi grawitacji kwantowej na chipie”, jak opisał to Spiropulu, ona i jej zespół pokonali konkurencyjną grupę fizyków którzy chcą teleportować się przez tunele czasoprzestrzenne z komputerami kwantowymi IBM i Quantinuum.

Kiedy Spiropulu zobaczyła kluczowy podpis wskazujący, że kubity przechodzą przez tunel czasoprzestrzenny, powiedziała: „Byłam wstrząśnięta”.

Eksperyment można postrzegać jako dowód na istnienie zasady holograficznej, szeroko zakrojonej hipotezy o tym, jak pasują do siebie dwa filary fizyki fundamentalnej, mechanika kwantowa i ogólna teoria względności. Fizycy od lat 1930. XX wieku starali się pogodzić te rozbieżne teorie — jedna to zbiór reguł dotyczących atomów i cząstek subatomowych, a druga to opis Einsteina, w jaki sposób materia i energia zakrzywiają strukturę czasoprzestrzeni, generując grawitację. Zasada holograficzna, dominująca od lat 1990., zakłada matematyczną równoważność lub „dwoistość” między tymi dwoma schematami. Mówi, że zakrzywione kontinuum czasoprzestrzenne opisane przez ogólną teorię względności jest tak naprawdę kwantowym układem cząstek w przebraniu. Czasoprzestrzeń i grawitacja wyłaniają się z efektów kwantowych, podobnie jak hologram 3D wystaje z dwuwymiarowego wzoru.

Rzeczywiście, nowy eksperyment potwierdza, że ​​efekty kwantowe, które możemy kontrolować w komputerze kwantowym, mogą wywołać zjawisko, które spodziewamy się zobaczyć w teorii względności — tunel czasoprzestrzenny. Ewoluujący system kubitów w chipie Sycamore „ma ten naprawdę fajny alternatywny opis”, powiedział Johna Preskilla, fizyk teoretyczny z Caltech, który nie brał udziału w eksperymencie. „Możesz myśleć o systemie w zupełnie innym języku jako o grawitacji”.

Żeby było jasne, w przeciwieństwie do zwykłego hologramu, tunel czasoprzestrzenny nie jest czymś, co możemy zobaczyć. Chociaż według współautora można to uznać za „włókno rzeczywistej czasoprzestrzeni”. Daniela Jafferisa z Uniwersytetu Harvarda, głównego twórcy protokołu teleportacji tunelu czasoprzestrzennego, to nie jest część tej samej rzeczywistości, w której żyjemy my i komputer Sycamore. Zasada holograficzna mówi, że te dwie rzeczywistości – ta z tunelem czasoprzestrzennym i ta z kubitami – są alternatywnymi wersjami tej samej fizyki, ale sposób konceptualizacji tego rodzaju dwoistości pozostaje tajemniczy.

Opinie na temat fundamentalnych implikacji wyniku będą się różnić. Co najważniejsze, holograficzny tunel czasoprzestrzenny w eksperymencie składa się z innego rodzaju czasoprzestrzeni niż czasoprzestrzeń naszego własnego wszechświata. Dyskusyjne jest, czy eksperyment potwierdza hipotezę, że czasoprzestrzeń, w której żyjemy, jest również holograficzna, wzorowana na bitach kwantowych.

„Myślę, że to prawda, że ​​grawitacja w naszym wszechświecie wyłania się z niektórych [bitów] kwantowych w taki sam sposób, w jaki ten mały, jednowymiarowy tunel czasoprzestrzenny wyłania się” z chipa Sycamore, powiedział Jafferis. „Oczywiście nie wiemy tego na pewno. Staramy się to zrozumieć”.

Do tunelu czasoprzestrzennego

Historia holograficznego tunelu czasoprzestrzennego wywodzi się z dwóch pozornie niezwiązanych ze sobą artykułów opublikowanych w 1935 roku: pierwszej przez Einsteina i Rosena, znany jako ER, Inne przez nich dwóch i Borysa Podolskiego, znanego jako EPR. Zarówno artykuły ER, jak i EPR były początkowo oceniane jako prace marginalne wielkiego E. To się zmieniło.

W artykule ER Einstein i jego młody asystent, Rosen, natknęli się na możliwość istnienia tuneli czasoprzestrzennych, próbując rozszerzyć ogólną teorię względności na zunifikowaną teorię wszystkiego - opis nie tylko czasoprzestrzeni, ale także zawieszonych w niej cząstek subatomowych. Skupili się na zaczepach w czasoprzestrzeni, które niemiecki fizyk-żołnierz Karl Schwarzschild znalazł wśród fałd ogólnej teorii względności w 1916 roku, zaledwie kilka miesięcy po opublikowaniu teorii przez Einsteina. Schwarzschild wykazał, że masa może przyciągać się grawitacyjnie tak bardzo, że staje się nieskończenie skoncentrowana w punkcie, zakrzywiając czasoprzestrzeń tak ostro, że zmienne stają się nieskończone, a równania Einsteina nie działają. Teraz wiemy, że te „osobliwości” istnieją w całym wszechświecie. Są to punkty, których nie możemy ani opisać, ani zobaczyć, każdy ukryty w środku czarnej dziury, która grawitacyjnie wychwytuje całe pobliskie światło. Osobliwości są tam, gdzie najbardziej potrzebna jest kwantowa teoria grawitacji.

Einstein i Rosen spekulowali, że matematyka Schwarzschilda może być sposobem na włączenie cząstek elementarnych do ogólnej teorii względności. Aby obraz działał, wycięli osobliwość z jego równań, zamieniając nowe zmienne, które zastąpiły ostry punkt wielowymiarową rurą przesuwającą się do innej części czasoprzestrzeni. Einstein i Rosen argumentowali, niesłusznie, ale proroczo, że te „mosty” (lub tunele czasoprzestrzenne) mogą reprezentować cząstki.

Jak na ironię, starając się powiązać tunele czasoprzestrzenne i cząstki, duet nie wziął pod uwagę dziwnego zjawiska cząstek, które zidentyfikowali dwa miesiące wcześniej z Podolskim w artykule EPR: splątanie kwantowe.

Splątanie powstaje w wyniku interakcji dwóch cząstek. Zgodnie z zasadami kwantowymi, cząstki mogą mieć jednocześnie wiele możliwych stanów. Oznacza to, że interakcja między cząstkami ma wiele możliwych wyników, w zależności od tego, w jakim stanie znajduje się każda cząsteczka. Zawsze jednak ich stany wynikowe będą powiązane — to, jak skończy się cząstka A, zależy od tego, jak wypadnie cząstka B. Po takiej interakcji cząstki mają wspólny wzór, który określa różne połączone stany, w jakich mogą się znajdować.

Szokującą konsekwencją, która spowodowała, że ​​autorzy EPR zwątpili w teorię kwantową, jest „upiorne działanie na odległość”, jak to ujął Einstein: cząstka pomiarowa A (która wybiera jedną rzeczywistość spośród jej możliwości) natychmiast decyduje o odpowiadającym jej stanie B, bez względu na to, jak daleko jest B.

Postrzegane znaczenie splątania gwałtownie wzrosło, odkąd fizycy odkryli w latach 1990. XX wieku, że umożliwia ono nowe rodzaje obliczeń. Splątanie dwóch kubitów — obiektów kwantowych, takich jak cząstki, które istnieją w dwóch możliwych stanach, 0 i 1 — daje cztery możliwe stany o różnych prawdopodobieństwach (0 i 0, 0 i 1, 1 i 0 oraz 1 i 1). Trzy kubity dają osiem jednoczesnych możliwości i tak dalej; moc „komputera kwantowego” rośnie wykładniczo z każdym dodatkowym splątanym kubitem. Sprytnie zaaranżuj splątanie i możesz usunąć wszystkie kombinacje zer i jedynek z wyjątkiem sekwencji, która daje odpowiedź na obliczenia. Prototypowe komputery kwantowe złożone z kilkudziesięciu kubitów zmaterializowały się w ciągu ostatnich kilku lat, na czele z 0-kubitową maszyną Google Sycamore.

Tymczasem badacze grawitacji kwantowej skupili się na splątaniu kwantowym z innego powodu: jako możliwego kodu źródłowego hologramu czasoprzestrzennego.

ER = EPR

Dyskusje na temat wyłaniającej się czasoprzestrzeni i holografii zaczęły się pod koniec lat 1980. XX wieku, po tym, jak teoretyk czarnych dziur, John Wheeler, ogłosił pogląd, że czasoprzestrzeń i wszystko, co się w niej znajduje, może wynikać z informacji. Wkrótce inni badacze, w tym holenderski fizyk Gerard 't Hooft, zastanawiali się, czy to pojawienie się może przypominać projekcję hologramu. Przykłady pojawiły się w badaniach nad czarnymi dziurami iw teorii strun, gdzie jeden opis fizycznego scenariusza można było przełożyć na równie ważny pogląd na ten temat z jednym dodatkowym wymiarem przestrzennym. W artykule z 1994 roku pt.Świat jako hologram" Leonarda Susskinda, teoretyk kwantowej grawitacji na Uniwersytecie Stanforda, rozwinął holograficzną zasadę Hoofta, argumentując, że objętość zakrzywionej czasoprzestrzeni opisana przez ogólną teorię względności jest równoważna lub „podwójna” układowi cząstek kwantowych na niższym wymiarze regionu granica.

Doniosły przykład holografii pojawił się trzy lata później. Juana Maldaceny, teoretyk grawitacji kwantowej pracujący obecnie w Institute for Advanced Study w Princeton, New Jersey, odkryty że rodzaj przestrzeni zwanej przestrzenią anty-de Sittera (AdS) jest rzeczywiście hologramem.

Właściwy wszechświat to przestrzeń de Sittera, stale rosnąca kula wypychana na zewnątrz przez własną pozytywną energię. Z kolei przestrzeń AdS jest nasycona energią ujemną — wynikającą z różnicy w znaku jednej stałej w równaniach ogólnej teorii względności — nadając przestrzeni geometrię „hiperboliczną”: obiekty kurczą się, gdy oddalają się od środka przestrzeni, staje się nieskończenie mały na zewnętrznej granicy. Maldacena wykazał, że czasoprzestrzeń i grawitacja wewnątrz wszechświata AdS dokładnie odpowiadają właściwościom układu kwantowego na granicy (w szczególności układu zwanego konforemną teorią pola lub CFT).

Bombowy artykuł Maldaceny z 1997 roku opisujący tę „korespondencję AdS/CFT” był cytowany w kolejnych badaniach 22,000 XNUMX razy — średnio ponad dwa razy dziennie. „Próba wykorzystania pomysłów opartych na AdS/CFT była od dziesięcioleci głównym celem tysięcy najlepszych teoretyków” — powiedział Piotr Woit, fizyk matematyczny na Uniwersytecie Columbia.

Gdy sam Maldacena badał swoją mapę AdS/CFT między dynamiczną czasoprzestrzenią a systemami kwantowymi, dokonał nowego odkrycia dotyczącego tuneli czasoprzestrzennych. Badał szczególny wzór splątania obejmujący dwa zestawy cząstek, gdzie każda cząstka w jednym zestawie jest splątana z cząstką w drugim. Maldacena pokazał że ten stan jest matematycznie dualny do dość dramatycznego hologramu: pary czarnych dziur w przestrzeni AdS, których wnętrza łączą się przez tunel czasoprzestrzenny.

Musiała minąć dekada, zanim Maldacena w 2013 roku (w okolicznościach, których „szczerze mówiąc, nie pamiętam”, mówi), zdał sobie sprawę, że jego odkrycie może oznaczać bardziej ogólną zgodność między splątaniem kwantowym a połączeniem przez tunel czasoprzestrzenny. Ukuł tajemnicze małe równanie — ER = EPR — w e-mailu do Susskinda, który natychmiast zrozumiał. Dwójka szybko rozwinął przypuszczenie razem, pisząc: „Twierdzimy, że most Einsteina Rosena między dwiema czarnymi dziurami jest tworzony przez podobne do EPR korelacje między mikrostanami dwóch czarnych dziur” i że dualność może być bardziej ogólna: „Bardzo kuszące jest Przemyśl to każdy System skorelowany z EPR jest połączony jakimś mostkiem ER.

Być może tunel czasoprzestrzenny łączy każdą splątaną parę cząstek we wszechświecie, tworząc połączenie przestrzenne, które rejestruje ich wspólną historię. Może przeczucie Einsteina, że ​​tunele czasoprzestrzenne mają coś wspólnego z cząsteczkami, było słuszne.

Solidny most

Kiedy Jafferis usłyszał wykład Maldaceny na temat ER = EPR na konferencji w 2013 roku, zdał sobie sprawę, że przypuszczalna dwoistość powinna pozwolić na projektowanie tuneli czasoprzestrzennych na zamówienie poprzez dostosowanie wzoru splątania.

Standardowe mosty Einsteina-Rosena są rozczarowaniem dla fanów science fiction na całym świecie: gdyby taki powstał, szybko zapadłby się pod wpływem własnej grawitacji i uszczypnąłby na długo przed tym, zanim statek kosmiczny lub cokolwiek innego mogłoby się przedostać. Ale Jafferis wyobraził sobie nawleczenie drutu lub innego fizycznego połączenia między dwoma zestawami splątanych cząstek, które kodują dwa wyloty tunelu czasoprzestrzennego. Przy tego rodzaju sprzężeniu działanie na cząstkach po jednej stronie wywołałoby zmiany w cząsteczkach po drugiej, być może otwierając tunel czasoprzestrzenny między nimi. „Czy to możliwe, że tunel czasoprzestrzenny jest przejezdny?” Jafferis wspomina, że ​​się zastanawiał. Od dzieciństwa zafascynowany tunelami czasoprzestrzennymi – cudowne dziecko fizyki, zaczął studia na Uniwersytecie Yale w wieku 14 lat – Jafferis zajął się tym pytaniem „prawie dla zabawy”.

Z powrotem na Harvardzie, on i Ping Gao, jego ówczesny absolwent, i Ściana Arona, wówczas wizytujący badacz, w końcu obliczył, że rzeczywiście, sprzęgając dwa zestawy splątanych cząstek, można wykonać operację na zestawie po lewej stronie, która w dwuwymiarowym, wielowymiarowym obrazie czasoprzestrzennym utrzymuje otwarty tunel czasoprzestrzenny do prawych ust i przepycha kubit.

Jafferis, Gao i Wall's 2016 odkrycie tego holograficznego tunelu czasoprzestrzennego, po którym można się poruszać, dało naukowcom nowe spojrzenie na mechanikę holografii. „Fakt, że jeśli robisz właściwe rzeczy z zewnątrz, możesz się przedostać, oznacza to również, że możesz zajrzeć do środka” tunelu czasoprzestrzennego, powiedział Jafferis. „Oznacza to, że możliwe jest zbadanie tego faktu, że dwa splątane systemy są opisane przez pewną połączoną geometrię”.

W ciągu kilku miesięcy Maldacena i dwaj współpracownicy rozwinęli schemat, pokazując, że tunel czasoprzestrzenny, po którym można przejść, można zrealizować w prostym układzie – „układzie kwantowym, który jest na tyle prosty, że możemy sobie wyobrazić jego wykonanie” – powiedział Jafferis.

Model SYK, jak się go nazywa, to system cząstek materii, które oddziałują w grupach, a nie w zwykłych parach. Po raz pierwszy opisany przez Subira Sachdeva i Jinwu Ye w 1993 roku, model nagle nabrał większego znaczenia, począwszy od 2015 roku, kiedy fizyk teoretyczny Aleksiej Kitajew odkrył, że jest holograficzny. Na wykładzie w tym roku w Santa Barbara w Kalifornii Kitaev (który został K w SYK) zapełnił kilka tablic dowodami, że konkretna wersja modelu, w którym cząsteczki materii oddziałują w grupach po cztery, jest matematycznie odwzorowana na jednowymiarową czerń dziurę w przestrzeni AdS, o identycznych symetriach i innych właściwościach. „Niektóre odpowiedzi są takie same w obu przypadkach”, powiedział zachwyconej publiczności. Maldacena siedział w pierwszym rzędzie.

Łączenie kropek, Maldacena i współautorzy zaproponowane że dwa połączone ze sobą modele SYK mogą zakodować dwa wyloty tunelu czasoprzestrzennego Jafferis, Gao i Wall. Jafferis i Gao pobiegli z podejściem. Do 2019 roku znaleźli drogę do konkretna recepta do teleportowania kubitu informacji z jednego układu cząstek oddziałujących w czterech kierunkach do drugiego. Obracanie wszystkich kierunków wirowania cząstek przekłada się, na obrazie podwójnej czasoprzestrzeni, na falę uderzeniową o ujemnej energii, która przechodzi przez tunel czasoprzestrzenny, wyrzucając kubit do przodu iw przewidywalnym czasie z ust.

„Tunel czasoprzestrzenny Jafferisa to pierwsza konkretna realizacja ER = EPR, w której pokazuje on, że zależność zachodzi dokładnie dla konkretnego systemu” — powiedział Alex Złokapa, absolwent Massachusetts Institute of Technology i współautor nowego eksperymentu.

Tunel czasoprzestrzenny w laboratorium

W miarę rozwoju prac teoretycznych Maria Spiropulu, znakomita fizyk eksperymentalna cząstek elementarnych, która była zaangażowana w odkrycie bozonu Higgsa w 2012 r., zastanawiała się, jak wykorzystać rodzące się komputery kwantowe do przeprowadzania holograficznych eksperymentów z grawitacją kwantową. W 2018 roku przekonała Jafferisa, by dołączył do jej rosnącego zespołu wraz z badaczami z Google Quantum AI — opiekunami urządzenia Sycamore.

Aby uruchomić protokół teleportacji tunelu czasoprzestrzennego Jafferisa i Gao na najnowocześniejszym, ale wciąż małym i podatnym na błędy komputerze kwantowym, zespół Spiropulu musiał znacznie uprościć protokół. Pełny model SYK składa się z praktycznie nieskończenie wielu cząstek połączonych ze sobą z losową siłą, ponieważ w całym tekście występują czterokierunkowe interakcje. Nie da się tego obliczyć; nawet użycie wszystkich 50 dostępnych kubitów wymagałoby setek tysięcy operacji obwodów. Naukowcy postanowili stworzyć holograficzny tunel czasoprzestrzenny z zaledwie siedmioma kubitami i setkami operacji. Aby to zrobić, musieli „sparsyfikować” siedmiocząstkowy model SYK, kodując tylko najsilniejsze czterokierunkowe interakcje i pomijając resztę, zachowując jednocześnie holograficzne właściwości modelu. „Wymyślenie sprytnego sposobu na to zajęło kilka lat” – powiedział Spiropulu.

Jednym z sekretów sukcesu był Zlokapa, dzieciak orkiestry waifish, który dołączył do grupy badawczej Spiropulu jako student Caltech. Utalentowany programista, Zlokapa, zmapował interakcje cząstek modelu SYK na połączenia między neuronami sieci neuronowej i wyszkolił system, aby usuwał jak najwięcej połączeń sieciowych, zachowując jednocześnie kluczową sygnaturę tunelu czasoprzestrzennego. Procedura zmniejszyła liczbę czterokierunkowych interakcji z setek do pięciu.

Po tym zespół zaczął programować kubity Sycamore. Siedem kubitów koduje 14 cząstek materii — po siedem w lewym i prawym systemie SYN, gdzie każda cząsteczka po lewej stronie jest splątana z cząstką po prawej stronie. Ósmy kubit, w pewnej probabilistycznej kombinacji stanów 0 i 1, jest następnie zamieniany na jedną z cząstek z lewego modelu SYK. Możliwe stany tego kubitu szybko splatają się ze stanami innych cząstek po lewej stronie, rozkładając informacje równomiernie między nimi jak kropla atramentu w wodzie. Jest to holograficznie podwójne do kubitu wchodzącego do lewego otworu jednowymiarowego tunelu czasoprzestrzennego w przestrzeni AdS.

Następnie następuje duża rotacja wszystkich kubitów, podwójna z impulsem ujemnej energii przepływającej przez tunel czasoprzestrzenny. Obrót powoduje przeniesienie wstrzykniętego kubitu na cząstki prawoskrętnego modelu SYK. Następnie informacje rozchodzą się, jak powiedział Preskill, „jak chaos biegnący wstecz” i ponownie skupiają się na miejscu pojedynczej cząstki po prawej stronie – splątanego partnera cząstki po lewej stronie, która została wymieniona. Następnie mierzone są wszystkie stany kubitów. Zliczanie zer i jedynek w wielu przebiegach eksperymentalnych i porównywanie tych statystyk z przygotowanym stanem wstrzykniętych kubitów ujawnia, czy kubity się teleportują.

Naukowcy szukają szczytu w danych, który reprezentuje różnicę między dwoma przypadkami: jeśli widzą szczyt, oznacza to, że rotacje kubitów, które są podwójne do impulsów o ujemnej energii, pozwalają kubitom na teleportację, podczas gdy rotacje w przeciwnym kierunku, które są podwójny do impulsów normalnej, dodatniej energii, nie przepuszczaj kubitów. (Zamiast tego powodują zamknięcie tunelu czasoprzestrzennego.)

Pewnej styczniowej nocy, po dwóch latach stopniowych ulepszeń i wysiłków związanych z redukcją hałasu, Zlokapa zdalnie uruchomił gotowy protokół na Sycamore ze swojej sypialni w dzieciństwie w rejonie Zatoki San Francisco, gdzie spędzał ferie zimowe po pierwszym semestrze studiów podyplomowych .

Szczyt pojawił się na ekranie jego komputera.

„Stało się coraz ostrzejsze i ostrzejsze” – powiedział. „Wysłałem zrzuty ekranu szczytu do Marii i byłem bardzo podekscytowany, pisząc:„ Myślę, że teraz widzimy tunel czasoprzestrzenny ”. Szczyt był „pierwszą oznaką, że można zobaczyć grawitację na komputerze kwantowym”.

Spiropulu mówi, że nie mogła uwierzyć w czysty, wyraźny szczyt, który widziała. „Było bardzo podobnie do tego, kiedy zobaczyłam pierwsze dane dotyczące odkrycia Higgsa” – powiedziała. „Nie dlatego, że się tego nie spodziewałem, ale za bardzo rzuciło mi się to w oczy”.

Co zaskakujące, pomimo szkieletowej prostoty ich tunelu czasoprzestrzennego, naukowcy wykryli drugą sygnaturę dynamiki tunelu czasoprzestrzennego, delikatny wzór w sposobie, w jaki informacje rozprzestrzeniają się i nie rozprzestrzeniają wśród kubitów, znany jako „zwijanie rozmiaru”. Nie wytrenowali swojej sieci neuronowej, aby zachować ten sygnał, ponieważ sparsyfikował model SYK, więc fakt, że pojawia się zwijanie rozmiaru, jest eksperymentalnym odkryciem dotyczącym holografii.

„Nie żądaliśmy niczego w związku z tą krętą posiadłością, ale okazało się, że po prostu wyskoczyła” – powiedział Jafferis. Powiedział, że „potwierdziło to solidność” dualizmu holograficznego. „Spraw, aby pojawiła się jedna [właściwość], a następnie otrzymasz całą resztę, co jest swego rodzaju dowodem na to, że ten obraz grawitacyjny jest prawidłowy”.

Znaczenie tunelu czasoprzestrzennego

Jafferis, który nigdy nie spodziewał się, że będzie częścią eksperymentu z tunelem czasoprzestrzennym (ani żadnego innego), uważa, że ​​jednym z najważniejszych wniosków jest to, co eksperyment mówi o mechanice kwantowej. Zjawiska kwantowe, takie jak splątanie, są zwykle nieprzejrzyste i abstrakcyjne; nie wiemy na przykład, w jaki sposób pomiar cząstki A określa stan B z daleka. Ale w nowym eksperymencie niewysłowione zjawisko kwantowe — teleportacja informacji między cząsteczkami — ma namacalną interpretację jako cząsteczka otrzymująca energię i poruszająca się z dającą się obliczyć prędkością z punktu A do punktu B. widzenia kubitu; porusza się przyczynowo” – powiedział Jafferis. Być może proces kwantowy, taki jak teleportacja, „zawsze wydaje się grawitacyjny dla tego kubitu. Jeśli coś takiego mogłoby wyjść z tego eksperymentu i innych powiązanych eksperymentów, z pewnością powie nam to coś głębokiego o naszym wszechświecie”.

Susskind, który wcześniej zapoznał się z dzisiejszymi wynikami, powiedział, że ma nadzieję, że przyszłe eksperymenty z tunelami czasoprzestrzennymi z udziałem znacznie większej liczby kubitów będą mogły zostać wykorzystane do zbadania wnętrza tunelu czasoprzestrzennego jako sposobu na zbadanie kwantowych właściwości grawitacji. „Dokonując pomiarów tego, co przeszło, przesłuchujesz to i widzisz, co było w środku” – powiedział. „Wydaje mi się, że to ciekawa droga”.

Niektórzy fizycy powiedzą, że eksperyment nie mówi nam nic o naszym wszechświecie, ponieważ uświadamia dwoistość między mechaniką kwantową a przestrzenią anty-de Sittera, którą nasz wszechświat nie jest.

W ciągu 25 lat od odkrycia przez Maldacena korespondencji AdS/CFT fizycy poszukiwali podobnej holograficznej dwoistości dla przestrzeni de Sittera – mapy przechodzącej od układu kwantowego do pozytywnie naładowanego, rozszerzającego się wszechświata de Sittera, w którym żyjemy. znacznie wolniej niż w przypadku AdS, co prowadzi niektórych do wątpliwości, czy przestrzeń de Sittera jest w ogóle holograficzna. „Pytania takie jak: „A co z uruchomieniem tego w bardziej fizycznym przypadku dS?” nie są nowe, ale bardzo stare i były przedmiotem dziesiątek tysięcy osobolat bezskutecznych wysiłków” – powiedział Woit, krytyk badań AdS/CFT. „Potrzebne są całkiem inne pomysły”.

Krytycy twierdzą, że te dwa rodzaje przestrzeni różnią się kategorycznie: AdS ma zewnętrzną granicę, a przestrzeń dS nie, więc nie ma płynnego przejścia matematycznego, które mogłoby przekształcić jeden w drugi. A twarda granica przestrzeni AdS jest tym, co sprawia, że ​​holografia jest łatwa w tym ustawieniu, zapewniając powierzchnię kwantową, z której można rzutować przestrzeń. Dla porównania, w naszym wszechświecie de Sittera jedynymi granicami są najdalsze, jakie możemy zobaczyć, i nieskończona przyszłość. Są to zamglone powierzchnie, z których można spróbować wyświetlić hologram czasoprzestrzenny.

Renaty Loll, znany teoretyk grawitacji kwantowej na Uniwersytecie Radboud w Holandii, podkreślił również, że eksperyment z tunelem czasoprzestrzennym dotyczy czasoprzestrzeni 2D — tunel czasoprzestrzenny jest włóknem, z jednym wymiarem przestrzennym plus wymiar czasowy — podczas gdy grawitacja jest bardziej skomplikowana w przestrzeni 4D — czas, w którym faktycznie żyjemy. „To raczej kuszące, aby zaplątać się w zawiłości modeli zabawek 2D”, powiedziała e-mailem, „tracąc z oczu różne i większe wyzwania, które czekają na nas w grawitacji kwantowej 4D. Jeśli chodzi o tę teorię, nie widzę, w jaki sposób komputery kwantowe z ich obecnymi możliwościami mogą być bardzo pomocne… ale z radością przyjmę poprawki”.

Większość badaczy zajmujących się grawitacją kwantową uważa, że ​​są to trudne, ale możliwe do rozwiązania problemy — że wzór splątania, który splata przestrzeń 4D de Sittera, jest bardziej skomplikowany niż w przypadku 2D AdS, ale mimo to możemy wyciągnąć ogólne wnioski, badając holografię w prostszych warunkach. Ten obóz ma tendencję do postrzegania dwóch rodzajów przestrzeni, dS i AdS, jako bardziej podobnych niż różnych. Oba są rozwiązaniami teorii względności Einsteina, różniącymi się tylko znakiem minus. Zarówno wszechświaty dS, jak i AdS zawierają czarne dziury, które są dotknięte tymi samymi paradoksami. A kiedy jesteś głęboko w przestrzeni AdS, daleko od jej zewnętrznej ściany, z trudem możesz odróżnić swoje otoczenie od de Sittera.

Mimo to Susskind zgadza się, że nadszedł czas, aby stać się prawdziwym. „Myślę, że nadszedł czas, abyśmy wyszli spod ochronnej warstwy przestrzeni AdS i otworzyli się na świat, który może mieć więcej wspólnego z kosmologią” – powiedział. „Przestrzeń De Sittera to kolejna bestia”.

W tym celu Susskind ma nowy pomysł. W wydruk wstępny opublikowany we wrześniu w Internecie, zaproponował, że przestrzeń de Sittera może być hologramem innej wersji modelu SYK – nie tego z czterokierunkowymi interakcjami cząstek, ale takiego, w którym liczba cząstek zaangażowanych w każdą interakcję rośnie wraz z kwadratem pierwiastek z całkowitej liczby cząstek. Ten „podwójny limit” modelu SYK „zachowuje się bardziej jak de Sitter niż AdS” – powiedział. „Daleko nie ma dowodów, ale są poszlaki”.

Taki układ kwantowy jest bardziej złożony niż dotychczas zaprogramowany i „czy ta granica jest czymś, co zostanie zrealizowane w laboratorium, nie wiem” – powiedział Susskind. Pewne wydaje się to, że teraz, gdy istnieje jeden holograficzny tunel czasoprzestrzenny, otworzą się kolejne.