Los agujeros de gusano son caminos a través del espacio-tiempo que conectan dos lugares distantes. Aunque no se ha observado experimentalmente, los científicos han estado teorizando sobre su existencia y propiedades durante casi un siglo. La idea que tienen los agujeros de gusano Física cuánticaEspecíficamente, el entrelazamiento puede tener una conexión que se sugirió por primera vez en una investigación teórica en 2013. Los físicos han especulado que los agujeros de gusano eran el equivalente del entrelazamiento.
Más tarde, en 2017, la idea de entrelazamiento de agujeros de gusano se amplió no solo a agujeros de gusano, sino también a agujeros de gusano atravesables. Los científicos imaginan un escenario en el que un agujero de gusano se mantiene abierto el tiempo suficiente para que algo pase de un extremo al otro por la energía de repulsión negativa. Los científicos han demostrado que el método de teletransportación cuántica coincide con la descripción de la gravedad de lo que se puede atravesar. agusanado. La información se transmite a través del espacio utilizando los principios del entrelazamiento cuántico. Teletransportación cuántica. Este protocolo ha sido probado experimentalmente a grandes distancias por fibra óptica y por aire.
Nuevo trabajo de Instituto de Tecnología de California Explora la equivalencia de los agujeros de gusano con la teletransportación cuántica. Por primera vez, los científicos han desarrollado un experimento cuántico que les permite estudiar la dinámica o el comportamiento de un agujero de gusano teórico particular.
En lugar de producir un agujero de gusano real, que es una grieta en el espacio y el tiempo, el experimento permite a los científicos explorar las relaciones entre los agujeros de gusano teóricos y la física cuántica, una predicción de lo que se conoce como Gravedad cuántica.
Los científicos realizaron los primeros experimentos que exploraron la idea de este Información de viaje De un punto en el espacio a otro se puede describir en el lenguaje de la gravedad (agujeros de gusano) o en el lenguaje de la física cuántica (entrelazamiento cuántico).
Maria Spiropolou, investigadora principal del Programa de Investigación Científica del Departamento de Energía de EE. UU., Canales de comunicación cuántica para física fundamental (QCCFP) y profesora de física Shang-Yi Ch’en en Caltech, dijo: «Hemos encontrado un sistema cuántico que exhibe las propiedades clave de un agujero de gusano gravitatorio, pero es lo suficientemente pequeño como para ser aplicado a los dispositivos cuánticos existentes. Este trabajo constituye un paso hacia un programa más amplio de prueba de la física de la gravedad cuántica utilizando una computadora cuántica. No reemplazar las sondas directas de la gravedad cuántica de la misma manera que otros experimentos planificados que se han llevado a cabo «. La detección cuántica puede usarse para explorar los efectos de la gravedad cuántica en el futuro. Sin embargo, proporciona una prueba poderosa para practicar las ideas de la gravedad cuántica .»
En este estudio, los físicos utilizaron un modelo de niños similar a SYK que se creó para preservar las propiedades de la gravedad. Observaron la dinámica del agujero de gusano en un dispositivo cuántico en Google, a saber, el procesador cuántico Sycamore. El equipo utilizó técnicas de aprendizaje automático en computadoras convencionales para convertir el modelo SYK en un modelo a escala.
Espiropolo dijo, Hemos utilizado técnicas de aprendizaje para encontrar y preparar un sistema cuántico simple similar a SYK que se pueda codificar en arquitecturas cuánticas existentes y que preservaría las propiedades gravitacionales. En otras palabras, simplificamos la descripción microscópica del sistema cuántico SYK y estudiamos el modelo efectivo resultante que encontramos en un procesador cuántico. ¡Es extraño y sorprendente que mejorar una de las propiedades del modelo pueda preservar las otras métricas! Tenemos planes para más pruebas para obtener mejores conocimientos sobre el modelo en sí».
Los científicos insertaron un qubit en uno de los sistemas similares a SYK y observaron cómo surgía información del otro sistema. La teletransportación cuántica permite que la información pase de un sistema cuántico a otro; En cambio, en el lenguaje de la gravedad, la información cuántica fluye a través de un agujero de gusano atravesable.
Alexander Zlokaba (BS ’21), ex estudiante de Caltech, dijo: Hemos realizado una especie de teletransportación cuántica equivalente a un agujero de gusano transitable en forma de gravedad. Para hacer esto, tuvimos que simplificar el sistema cuántico en el ejemplo más pequeño que conserva las propiedades de la gravedad para implementarlo en un procesador cuántico Sycamore. El Google. «
La coautora Samantha Davis, estudiante de posgrado en Caltech, agrega: “Tomó mucho tiempo obtener resultados y nos sorprendimos con el resultado”.
John Preskill, profesor de física teórica de Caltech y director del Instituto de Información y Materia Cuántica (IQIM), Richard P. Feynman, dijo: «La importancia a corto plazo de este tipo de experimento es que la perspectiva de la gravedad proporciona una forma sencilla de comprender un misterioso fenómeno cuántico de partículas múltiples. Lo que encontré interesante sobre este nuevo experimento de Google es que a través del aprendizaje automático, pueden hacer que el sistema lo suficientemente simple como para simular en una máquina cuántica existente con Mantenga una buena caricatura de lo que predice la imagen de la gravedad».
En el trabajo, los físicos describen el comportamiento de los agujeros predicho por la teoría cuántica y la gravedad. A pesar de que la información cuántica se puede transmitir o enviar a través del dispositivo de muchas formas diferentes, se ha demostrado que el procedimiento experimental es al menos algo similar a lo que sucedería si la información pasara a través de un agujero de gusano.
Los científicos intentaron lograr esto utilizando pulsos de energía positivos opuestos o pulsos de energía negativa repulsivos para «apoyar la apertura del agujero de gusano». Solo cuando se usó el equivalente de energía negativa notaron las características de un agujero de gusano atravesable, lo cual es consistente con la forma en que se espera que funcionen los agujeros de gusano.
espiropolo Él dijoY el «La alta precisión del procesador cuántico que usamos fue esencial. Si las tasas de error fueran un 50 por ciento más altas, la señal se oscurecería por completo. Si fueran la mitad de grandes, ¡tendríamos diez veces más señal!»
La relación entre entrelazamiento cuántico, espacio-tiempo y gravedad cuántica es una de las cuestiones más importantes de la física fundamental y un área activa de investigación teórica. Estamos emocionados de dar este pequeño paso para probar estas ideas en dispositivos cuánticos y continuaremos haciéndolo. «
Referencia de la revista:
- Daniel Jaffris, Alexander Zlokaba, Joseph D. Leeken, David K. Kolchmeier, Samantha I. Davies, Nikolai Lacke, Hartmut Nevin, Maria Spiropolou. Dinámica de agujeros de gusano transitables en un procesador cuántico. naturaleza, 2022; 612 (7938): 51 DOI: 10.1038 / s41586-022-05424-3
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