دانشمندان یک کرم چاله هولوگرافیک ایجاد و از طریق آن پیام ارسال کردند

آمیا پالجا -30 نوامبر 2022  -مفهوم محاسبات کوانتومی -metamorworks/iStock

یک تیم مشترک از محققان در ایالات متحده یک کرم چاله هولوگرافیک ایجاد کردند و پیامی را از طریق آن ارسال کردند. این اولین گزارش شناخته شده از شبیه سازی کوانتومی یک کرم چاله هولوگرافیک روی یک پردازنده کوانتومی است.

نظریه نسبیت عام اینشتین به ما کمک می کند تا دنیای فیزیکی مانند اجرام نجومی با انرژی های بالا یا چگالی ماده را درک کنیم. از سوی دیگر، مکانیک کوانتومی، ماده را در مقیاس اتمی و زیر اتمی توصیف می کند.

با این حال، این دو نظریه اساساً ناسازگار هستند و اصل هولوگرافیک راهنمایی است که می تواند به ما در ترکیب این دو کمک کند.

بر اساس این اصل، نظریه هایی که هم مکانیک کوانتومی و هم گرانش را شامل می شوند، می توانند دقیقاً برابر با نظریه هایی باشند که مکانیک کوانتومی را در بر می گیرند اما گرانش را نه. این به عنوان دوگانه شناخته می شود و ابعاد کمتری نسبت به همتای گرانشی خود دارد. محققان از یک کامپیوتر کوانتومی برای ایجاد هولوگرام استفاده کردند که دوتایی آن یک کرم چاله است.

دیدگاه انیشتین از سیاهچاله ها

برای درک اهمیت این تحقیق، باید به تحقیقات انیشتین در مورد سیاهچاله ها در زمینه نسبیت عام برگردیم. انیشتین با همکارش، ناتان روزن، گفت که یک سیاهچاله یک منطقه داخلی دارد که هیچ چیز نمی تواند از آن بگریزد و همچنین یک منطقه بیرونی دارد که فرار از آن هنوز امکان پذیر است. مرزبندی بین این دو را افق رویداد نامیدند.

چیزی که انیشتین و روزن متوجه شدند این بود که یک سیاهچاله نه تنها یک بلکه دو ناحیه بیرونی دارد که توسط نوعی کرمچاله به هم متصل شده اند که اکنون به عنوان پل انیشتین-رزن شناخته می شود. با این حال، انیشتین فکر نمی کرد که بتوان از طریق کرم چاله از یک منطقه بیرونی به منطقه دیگر سفر کرد.

با این حال، اگر کسی از یک منطقه خارجی برود و از افق رویداد عبور کند، باز هم امکان تعامل (حتی بسیار کوتاه!) با شخصی که قبل از ملاقات با مرگ از منطقه بیرونی دیگر پریده است، وجود دارد.

کار اینشتین در مکانیک کوانتومی همچنین از درهم تنیدگی کوانتومی صحبت می‌کند که در آن اجسام در سیستم‌های کوانتومی در یک الگوی غیرکلاسیک به هم مرتبط هستند، حتی اگر با فواصل طولانی از هم جدا شوند.

در زمان انیشتین، مفاهیم کرمچاله و درهم تنیدگی کوانتومی جدا در نظر گرفته می شدند و نمی توان از دومی برای ارسال پیام استفاده کرد. تحقیقاتی که در طول سال‌ها انجام شده، اکنون به دو قسمت بیرونی سیاه‌چاله اشاره می‌کند که توسط درهم‌تنیدگی کوانتومی به هم متصل شده‌اند و ناتوانی در سفر از بیرونی به بیرونی دیگر، دوگانه هولوگرافیک استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی برای ارسال پیام در نظر گرفته می‌شود.

ارسال پیام از طریق کرم چاله

اکنون محققان بر این باورند که اگر بتوان دو قسمت بیرونی سیاهچاله را با یکدیگر تعامل کرد، می‌توان از آن برای ارسال پیام بین آنها نیز استفاده کرد. این به این دلیل اتفاق می‌افتد که در حین تعامل بیرونی، کرم‌چاله باز می‌شود و برای مدت کوتاهی قابل عبور می‌شود.

برای نشان دادن این موضوع، می‌توان از دو نیمه از یک کامپیوتر کوانتومی در حالت درهم‌تنیده استفاده کرد، به‌طوری‌که این دو نیمه هولوگرافیک بیرونی سیاه‌چاله‌ها هستند که توسط یک کرم‌چاله به هم متصل شده‌اند و پیامی را ارسال می‌کنند.

تیم تحقیقاتی به رهبری ماریا اسپیروپولو در مؤسسه فناوری کالیفرنیا این شبیه‌سازی یک سیستم کوانتومی متشکل از 9 بیت کوانتومی (کیوبیت) را انجام دادند و دیدند که پیامی که از یک نیمه ارسال می‌کردند در نیمه‌ی دیگر به صورت غیرقابل ترکیب ظاهر می‌شد.

از آنجایی که سیستم کوانتومی مورد استفاده در آزمایش نسبتاً کوچک است، چیزی را که نمی‌دانیم به ما نمی‌آموزد یا چیزی را محاسبه نمی‌کند که با قدرت محاسباتی که این روزها در اختیار ماست، ممکن نیست. با این وجود، زمینه را برای کارهای آینده در این راستا فراهم می کند و به ما کمک می کند نظریه های گرانش کوانتومی را آزمایش کنیم، جایی که نسبیت عام و مکانیک کوانتومی را می توان با هم مطالعه کرد.

یافته های تحقیق امروز در مجله Nature منتشر شد.