يبحث باحثو Google عن كيفية دراسة بعض أغرب ظواهر الفيزياء النظرية ، مثل الثقوب الدودية التي تربط بين أزواج من الثقوب السوداء ، باستخدام التجارب في المختبر
أحد الأسئلة الرئيسية التي تحرك الفيزياء النظرية اليوم هو كيفية استخدام نفس النظرية لتفسير كل من الجاذبية والقواعد التي تتبعها الذرات ، والتي تسمى ميكانيكا الكم. لم يلعب الاثنان جيدًا حتى الآن ، نظرًا لأن الجاذبية هي قوة ضعيفة بشكل لا يصدق ، لذا فإن استكشافها على نطاقات أصغر أمر مستحيل فعليًا باستخدام تقنية اليوم. لكن العمل النظري قد أظهر أن تلميحات “الجاذبية الكمية” قد تظهر في بعض النظم الكمومية ، كتلك التي من الممكن أن تنشأ في يوم ما في المختبر. إحدى هذه التجارب التي اقترحها فيزيائيو Google تفترض أن الحالة الكمية التي يمكن استنساخها في مختبر الفيزياء يمكن تفسيرها على أنها معلومات تنتقل عبر ثقب مسدود بين فتحتين أسوديتين.
“إن الدراسة التجريبية لمثل هذه المواقف توفر بالتالي طريقًا نحو فهم أعمق للجاذبية الكمية” ، يكتب المؤلفون في الورقة المنشورة على arXiv.
يبدو أن الجاذبية ترفض ببساطة التعاون مع ميكانيكا الكم ، وقد عمل المنظرون بجد على ربط الاثنين ببعضها البعض – ومع ذلك ، فهناك أماكن يجب أن يتواجد فيها كلا المفهومين في وقت واحد ، مثل على سطح الثقوب السوداء أو داخلها وفي لحظة الانفجار العظيم. واحدة من النظريات الأكثر شعبية التي تربط الاثنين هي نظرية الأوتار ، التي تحل محل الجسيمات دون الذرية بخيوط صغيرة تهتز في الفضاء ذي الأبعاد الأعلى. توجد نظرية الأوتار على مقاييس أصغر بكثير مما يمكن بحثه بواسطة معجلات الجسيمات ، مما يجعل من الصعب اختباره. ومع ذلك ، فإن التخمين الذي استمر لعشرين عامًا والذي يُطلق عليه مراسلات AdS / CFT ، يقول بشكل أساسي إنه يمكنك فهم الثقل العالي الأبعاد في هذا العالم ذي الأبعاد العليا كما لو كان صورة ثلاثية الأبعاد تنتجها جسيمات ميكانيكية كمومية. لذلك يعتقد فريق من علماء الفيزياء في Google ، وكذلك CalTech ، وجامعة ماريلاند ، وجامعة أمستردام ، أن دراسة السلوكيات الكمومية المتطرفة قد توفر دليلاً أقوى على وجود نظرية الأوتار. ربما يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تنتج سلوكيات في البحث عن نظرية الأوتار – أو ظواهر شبيهة بالديدان.
من بين أهم التطورات الجسدية التي شهدتها العقود الماضية تطوير الآلات التي تتحكم في الحالات الكمومية ومعالجتها ، وما نسميه أجهزة الكمبيوتر الكمومية ومحاكاة الكم. يمكن لأصغر الأجسام ، مثل الإلكترونات التي تدور حول الذرات ، أن تأخذ قيمًا معينة من الخواص فقط ، ولكن عندما لا تنظر إليها ، يمكن أن يكون لها قيم مختلفة في وقت واحد (حتى تقيسها ، على الأقل ، عندما تذهب العودة إلى وجود قيمة واحدة فقط). يمكن أن يتشابك جسيمان أو أكثر ، مما يعني أنه يجب وصفها وخصائصها ككائن رياضي فردي ، حتى لو قمت بفصل الذرات عبر الفضاء.
يقترح اقتراح Google إنشاء دائرة تحتوي على مجموعتين من البتات المتصلة ، “الذرات” المصطنعة للكمبيوتر الكمّي ، وتقسيمها إلى مجموعة يسارية ويمينية. تعمل نبضات الطاقة المدخلة على المكافئ الرياضي لتطور حالة البتات للخلف في الوقت المناسب ، في حين يتم استخدام نبضة أخرى لتشفير “رسالة” عن طريق تغيير الحالات الكمومية للذرات اليسرى بطريقة معينة. يلعب نبض آخر دور تسريع سلوك البتات. يعتبر هذا الأمر مهمًا بالنسبة لتشبيه الثقب الأسود ، وهو يخلط الرسالة بين الببتات بطريقة مشابهة رياضياً لكيفية خلط معلومات الجسيمات وربما فقدانها عند دخول الثقب الأسود. بمجرد أن يتم تشويش المعلومات ، يكون كل qubit على اليسار متشابكًا مع الصورة التي لها صورة معكوسة على اليمين. أخيرًا ، بعد مرور بعض الوقت ، يجب أن تظهر الرسالة بشكل غامض في الببتات اليمنى ، دون الحاجة إلى فك التشفير.
“ليس من الواضح على الإطلاق كيف أوصلت الرسالة [إلى الجانب الآخر من النظام] ، والحقيقة الأكثر إثارة للدهشة للجميع هي أن أبسط تفسير يكمن في فيزياء الثقوب السوداء” ، يكتب المؤلفون في الورقة. في الأساس ، يعتقد الباحثون أن المعلومات التي تنتقل بين مجموعات من الكيبيتات في النظام مماثلة لرسالة تدخل إلى ثقب أسود ، تنتقل عبر ثقب مسدود ، وتنشأ خارج الثقب الأسود الثاني. ثم يواصل الباحثون تقديم إطار رياضي لفهم ما يجري وكيف يعمل كقياس لثقب مستنقع لا ينهار.
وفقًا للورقة ، هناك إعدادات محتملة حيث يمكن تحقيق هذا النظام. يتكون الإعداد الواحد من صفيفات من إلكترونات الذرات إما في حالة “Rydberg” ذات الطاقة الأقل ، والتي يتم التحكم فيها بواسطة نبضات الليزر. آخر مصنوع من صفائف من الأيونات المشحونة المحاصرين. قد تتمكن يومًا ما من إدراك التجربة التي اقترحتها Google.
في الأساس ، يعتقد العلماء أنهم يستطيعون جعل الكمبيوتر الكمي يتصرف رياضيا مشابها للمعلومات التي تمر بين فتحتين أسوديتين عبر ثقب عميق. لن يتم إنشاء أي ثقوب في الواقع هنا على الأرض. هذا مجرد نموذج ، ومثل الأنظمة التناظرية الأخرى ، لمجرد أن الوصف الرياضي للتجربة المخبرية يبدو وكأنه نظرية شخص ما في وصف الفضاء لا يعني أن النظرية صحيحة تلقائيًا.
