يحاكي الفيزيائيون ثقبًا دوديًا صغيرًا باستخدام كمبيوتر كمي

طور العلماء تجربة كمومية تسمح لهم بدراسة ديناميكيات ثقب دودي "قابل للعبور". من الواضح أنهم لم يولدوا ثقبًا دوديًا على هذا النحو ، بل نظامًا كميًا يحاكي بعض خصائصه الرئيسية. لم تساعد هذه التجربة في وصف الثقوب الدودية بشكل أفضل فحسب ، بل سلطت الضوء أيضًا على مفهوم الجاذبية الكمومية. الثقب الدودي هو كائن افتراضي يربط بين منطقتين مختلفتين من الزمكان. سيكون اختصارًا عبر الزمكان ، يربط مركز اثنين من الثقوب السوداء. لم يتم ملاحظة الثقوب الدودية بشكل تجريبي. ومع ذلك ، فقد تم افتراض وجودتيها وخصائصها منذ ما يقرب من 100 عام. في عام 1935 ، وصف ألبرت أينشتاين وناثان روزين الثقوب الدودية. بالجسور الزمكانية التي ستكون أنفاقًا عبر نسيج الزمكان ، وفقًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين. يصف الأخير الجاذبية بأنها انحناء للزمكان. تسمى الثقوب الدودية أحيانًا "جسور أينشتاين-روزين". تتيح التجربة المعنية هنا التحقيق في الروابط بين هذه الكائنات النظرية وفيزياء الكم. بمعنى آخر ، يتعلق الأمر باستكشاف مفهوم الجاذبية الكمية ، التي تحاول توحيد ميكانيكا الكم والنسبية العامة. تم اختبار أفكار الجاذبية الكمية في المختبر في عام 2013 ، إذ افترض اثنان من علماء الفيزياء النظرية ، هما خوان مالداسينا وليونارد سسكيند ، أن الثقوب الدودية تعادل التشابك الكمي. إنها ظاهرة يشكل فيها جسيمان نظامًا مرتبطًا. لذلك ، لديهم حالات كمومية تعتمد على بعضها البعض ، حتى لو كانت على مسافات طويلة جدًا فيما بينها. تحتوي النسبية العامة على حلول يرتبط فيها ثقبان أسودان بعيدان داخليًا عبر ثقب دودي. يمكن تفسير هذه الحلول على أنها حالات متشابكة تشابكاً كمومياً لثقبين أسودين ". وهكذا أسس عملهم رابطًا نظريًا بين الجاذبية وفيزياء الكم: ماذا لو كان ثقبنا الأسود ثقبًا دوديًا؟ بعد بضع سنوات ، في عام 2017 ، قام باحثون آخرون - بمن فيهم دانييل جافريس ، الذي شارك في الدراسة الجديدة - بتوسيع هذه الفكرة إلى ما يسمى بالثقوب الدودية القابلة للعبور. لقد تخيلوا سيناريو حيث تبقي الطاقة السلبية الطاردة ثقبًا دوديًا مفتوحًا لفترة كافية. سمح هذا لشيء بالمرور من طرف إلى آخر. ثم أظهروا أن الوصف الثقالي لمثل هذا الثقب الدودي يعادل "الانتقال الآني الكمي". إنها عملية يتم من خلالها نقل الحالة الكمومية لنظام ما على الفور إلى نظام آخر عبر الفضاء. لهذا ، تم استخدام مبادئ التشابك الكمومي. كما تم إثبات النقل الآني الكمي بشكل تجريبي في عدة مناسبات. قدم Jafferis و Spiropulu وزملاؤهم أول عرض تجريبي لهذا العمل النظري ، عن طريق محاكاة ثقب دودي صغير على معالج كمومي . "لقد وجدنا نظامًا كميًا يعرض الخصائص الرئيسية لثقب دودي ثقالي. قالت ماريا سبيروبولو: "في الوقت نفسه ، فهي صغيرة بما يكفي ليتم تنفيذها على الأجهزة الكمومية الحالية". وهي المحققة الرئيسية في برنامج أبحاث قنوات الاتصال الكمومي التابع لوزارة الطاقة الأمريكية لأبحاث الفيزياء الأساسية وأستاذة الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
أول الانتقال الآني للثقب الدودي الثقب الدودي ، فيزياء الكم ، الثقب الأسود انطباع الفنان عن تجربة النقل الآني الكمي التي تراقب سلوك ثقب دودي يمكن اجتيازه. ائتمانات: inqnet / A. مولر (معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا) يعتمد نموذج الكمبيوتر الذي طوروه على إطار نظري. يُعرف باسم Sachdev-Ye-Kitaev ، أو SYK (
بعد Alexei Kitaev ، أستاذ الفيزياء النظرية والرياضيات في Caltech ، وكذلك Subir Sachdev و Jinwu Ye ، وهما باحثان آخران عملوا في هذا الموضوع). هذا النموذج قادر على محاكاة تأثيرات الجاذبية الكمية. وبالتالي قاد الباحثين إلى التفكير في أن بعض الأفكار النظرية حول الثقوب الدودية يمكن استكشافها بشكل أكبر من خلال تجربة المعالجات الكمومية.
الثقوب الدودية المكانية والزمانية: هل نعرف كيف نكتشفها؟
في عام 2019 ، أظهر Jafferis و Ping Gao أنه من خلال تشابك نموذجين SYK ، كان من الممكن تحقيق النقل الآني للثقب الدودي. وبالتالي يمكن للمرء أن ينتج ويقيس الخصائص الديناميكية المتوقعة للثقوب الدودية التي يمكن عبورها. قمنا بهذه التجربة لأول مرة. استخدم Spiropulu وفريقه تقنيات التعلم الآلي من أجل بناء نموذجين "مختزل" و"مبسط" من SYK. لقد تشابكوا معهم باستخدام المعالج الكمي Sycamore الذي طورته Google. أرسل الباحثون بعد ذلك كيوبت من المعلومات المشفرة في أحد أنظمة SYK المتشابكة. لاحظوا ظهور المعلومات على الفور من النظام الآخر. لذلك ، انتقلت المعلومات من نظام كمي إلى آخر عن طريق النقل الآني الكمي. يمكن أن تمر المعلومات أيضًا عبر وصف الجاذبية من خلال الثقب الدودي القابل للعبور. أشار ليونارد سسكيند وآدم براون في مقال مصاحب للدراسة إلى أن "المفاجأة ليست أن الرسالة وصلت بشكل ما ، لكنها وصلت بشكل واضح". تم تأكيد دور "الطاقة السلبية" يوضح جون بريسكيل John Preskill: " ، وهو أستاذ الفيزياء النظرية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومدير معهد المعلومات الكمية والمادة :ما وجدته مثيرًا للاهتمام بشأن تجربة Google الجديدة هذه هو أنهم ، باستخدام التعلم الآلي ، كانوا قادرين على جعل النظام بسيطًا بما يكفي لمحاكاته على آلة كمومية موجودة مع الحفاظ على رسم كاريكاتوري معقول لما تتوقعه صورة الجاذبية". هذه محاكاة مبكرة لكيفية عمل الثقوب الدودية في الحياة الواقعية. على وجه الخصوص ، حاول الفريق إبقاء الثقب الدودي مفتوحًا. لهذا استخدموا نبضات من الطاقة السلبية البغيضة ، أو على العكس من الطاقة الإيجابية. كما تنبأت النظرية ، لاحظوا تواقيع ثقب دودي يمكن اجتيازه فقط عند تطبيق طاقة سالبة.
: هل يمكن لفيزياء الكم أن تفسر الصدفة؟ يأمل الباحثون في توسيع نطاق عملهم في المستقبل ليشمل دارات كمومية أكثر تعقيدًا. وبالتالي يمكنهم إجراء عمليات محاكاة أكثر صدقًا لسلوك الثقوب الدودية. تعتبر العلاقة بين التشابك الكمومي والزمكان والجاذبية الكمومية واحدة من أهم الأسئلة في الفيزياء الأساسية ومجال نشط للبحث النظري. وكذلك إمكانية تفسير الصدفة كمومياً." نحن متحمسون لاختبار هذه الأفكار على الأجهزة الكمومية وسنواصل ذلك "، يختتم سبيروبولو".