|
Физики сделали червоточину в лаборатории
|
|
|
|
На прошлой неделе ученые попали в заголовки новостей из-за того, что якобы создали червоточину. Исследование, о котором сообщается в журнале Nature, предполагает использование квантового компьютера для моделирования червоточины в упрощенной модели физики. Вскоре после появления этой новости физики и специалисты по квантовым вычислениям выразили скептицизм по поводу того, что червоточина действительно была создана. Освещение в СМИ было хаотичным. В СМИ сообщалось, что физики создали теоретическую червоточину, голографическую червоточину или, возможно, маленькую жалкую червоточину, и что квантовый компьютер Google предполагает, что червоточины реальны. Другие издания трезво сообщали, что нет, физики вовсе не создавали червоточину. Если это вас смутило, вы не одиноки! В чем дело?
|
|
|
|
Вселенная огромна. Он настолько велик, что передвигаться с одной стороны на другую обычными средствами нецелесообразно. Червоточины — это своего рода лазейки: короткие пути между двумя областями вселенной, которые могут позволить преодолевать огромные расстояния за гораздо более короткое время. Червоточины разрешены теорией относительности Эйнштейна, но в природе их никогда не находили. Недавно физики обдумывали идею о том, что червоточины связаны с другим явлением, известным как запутанность. Запутанность — это своеобразное квантовое явление с участием частиц. Когда частицы переводятся в запутанное состояние, кажется, что измерение одной частицы немедленно влияет на другую частицу. Это имеет место даже тогда, когда две частицы находятся слишком далеко друг от друга, чтобы причинно-следственная связь была возможна.
|
|
|
Некоторые физики предположили, что червоточина может быть просто способом описания определенного вида квантовой запутанности. Если это верно, это установит связь между двумя известными теориями физики: квантовой механикой и общей теорией относительности. Общая теория относительности объясняет, как работает гравитация, и описывает Вселенную в больших масштабах. Квантовая механика объясняет другие фундаментальные силы и описывает Вселенную в очень малых масштабах. Обе теории чрезвычайно успешны. Однако их еще предстоит согласовать в единую единую теорию. Единая теория сохранила бы идеи как квантовой механики, так и общей теории относительности, и в то же время предоставила бы объяснение того, как работает гравитация в квантовой области, чего мы в настоящее время не понимаем.
|
|
|
|
Поскольку червоточины являются отличительной чертой общей теории относительности, а запутанность — отличительной чертой квантовой механики, потенциальное сходство между ними является захватывающим. Это предполагает, что две теории могут на каком-то уровне описывать одно и то же. Квантовая гравитация на чипе? Как бы мы искали это потенциальное сходство между червоточинами и запутанностью? Что ж, мы знаем, как экспериментально запутывать частицы. Мы делаем это в течение некоторого времени. Таким образом, мы можем попытаться построить особый тип квантовой системы, которую можно описать с помощью той же физики, которую мы используем для червоточин. Если мы сможем построить такую систему в лаборатории и она будет вести себя как червоточина, это подтвердит идею о том, что запутанность и червоточины — две стороны одной медали.
|
|
|
|
В квантовых компьютерах основные компоненты могут быть переведены в различные квантовые состояния, которые можно использовать для проведения квантовых экспериментов. Таким образом, кажется, что они дают возможность проверить связь между червоточинами и запутанностью. Возможно, поэтому сообщалось, что физики использовали квантовый компьютер для создания червоточины. Но, похоже, это не то, что произошло на самом деле, хотя понять, почему это не так просто. Что сделали физики, так это организовали основные компоненты квантового компьютера в определенное квантовое состояние. Затем они смогли передавать информацию из одной части компьютера в другую через квантовую систему. Квантовая система и способ передачи информации могут быть описаны с помощью конкретной модели в физике. Согласно этой модели, тип передачи информации, происходящей внутри компьютера, описательно похож на то, как что-то проходит через червоточину. Однако используемая модель имеет как минимум два ограничения.
|
|
|
|
Во-первых, кажется, что он делает нереалистичные предположения о физике нашего мира. В частности, предполагается, что пространство-время — ткань вселенной — обладает определенными свойствами, которых оно может и не иметь. Во-вторых, модель была упрощена для описания простой системы, которую можно реализовать с помощью квантового компьютера. Такая упрощенная модель может быть физически неточной. Таким образом, хотя мы можем описать то, что произошло внутри компьютера, как если бы это была червоточина, используя модель определенного типа, неясно, представляет ли эта модель мир, каким мы его знаем.
|
|
|
|
Некоторые комментаторы предложили другую причину для скептицизма относительно создания червоточины: это была всего лишь симуляция. Как выразился один критик, рассматривать систему как червоточину «все равно что утверждать, что игра в Portal включает в себя создание настоящей червоточины, потому что она изображает на экране что-то похожее на теоретическую концепцию». Мы действительно должны быть осторожны, делая выводы о реальности на основе симуляций. Однако квантовый аспект этой симуляции делает ее больше похожей на эксперимент, чем на обычную симуляцию, которую вы можете запускать на обычном компьютере. Таким образом, кажется, что симуляция может законно рассказать нам что-то о квантовой системе, которую она симулирует. Однако проблема остается в том, что мы можем интерпретировать систему только как червоточину в конкретной, потенциально нереалистичной модели физики.
|
|
|
|
Поэтому нам, возможно, следует скептически относиться к тому, что какие-либо червоточины были созданы. Тем не менее, есть повод быть впечатленным. Во-первых, команда использовала методы машинного обучения, чтобы упростить модель, которую они использовали для ее удобного моделирования. Использование машинного обучения для создания упрощенной модели является изящным, и мы должны ожидать, что в будущем мы увидим больше таких применений машинного обучения. Также важно, что квантовый компьютер использовался для проведения рассматриваемого типа квантового эксперимента. То, что это вообще возможно, открывает путь к проведению дальнейших экспериментов. Это может открыть экспериментальную парадигму, которую можно использовать для достижения прогресса в физике. Существует также возможность — хотя и довольно далекая — того, что какой-то аспект модели, которая использовалась для описания квантовой системы, будет подтвержден. Это может привести к открытию связи между квантовой запутанностью и червоточинами в будущем.
|
|
|
|
Источник
|
