نخستین شبیه سازی یک کرم چاله

نخستین شبیه سازی یک کرم چاله

۱۱ آذر ۱۴۰۱ - ۲۳:۰۳ زمان مطالعه : 7 دقیقه
سرویس علم و فناوری - دانشمندان پیامی را از طریق یک تونل فضا - زمان منتقل می‌کنند و به پیشرفتی در مکانیک کوانتومی دست می‌یابند. این رفتار شگفت انگیز همان چیزی است که در واقع بین دو سیستم درهم تنیده ایجاد شده در این آزمایش اتفاق می‌افتد. اگر به معادل هولوگرافیک آن فکر کنیم می‌توان آن را راحت‌تر درک کرد: پیام آلیس توسط کرم چاله بلعیده شده و در انتهای دیگر به باب تحویل داده می‌شود

به گزارش سرویس علم و فناوری خبر ناب به نقل از فرارو - مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت مانند قابیل و هابیل هستند دو خواهر و برادر ناهماهنگ با طبیعت یکسان. یکی روی ماده در مقیاس زیراتمی متمرکز است و دیگری دنیای ماکروسکوپی را بررسی می کنند.

به گزارش فرارو به نقل از ال پائیس؛ این دو نظریه ناسازگار هستند بنابراین، یافتن یک نقطه آشتی برای درک واقعیت فیزیکی امری اساسی است. با این وجود، نتیجه مقاله ای منتشر شده در نشریه "نیچر" نشان می دهد که اخیرا با اولین شبیه سازی کوانتومی یک کرم چاله با استفاده از پردازنده سیکامور گوگل، نزدیکی اولیه حاصل شد.

"ماریا اسپیروپولو" فیزیکدان موسسه فناوری کالیفرنیا و یکی از نویسندگان مقاله "نیچر" می گوید که این آزمایش نشان می دهد «خواص یک سیستم کوانتومی با ویژگی های یک سیستم گرانشی مرتبط است». این یافته جهشی قابل توجه برای مطالعه سیاه چاله ها و تحقیقات آزمایشگاهی بر روی فرضیه گرانش کوانتومی با استفاده از رایانه هایی است که می توانند پدیده های مکانیک کوانتومی را مهار کنند و دریچه تازه ای را برای کائنات خواهد گشود.

یک کرم چاله که به عنوان پل انیشتین - روزن نیز شناخته می شود نشان دهنده یک میانبر در فضا و زمان است نوعی تونل کوتاه شده بین دو کهکشان که در واقع از هم فاصله ای به اندازه سال نوری دارند.

دانشمندان از لحاظ نظری ثابت کرده اند که این میانبر می تواند با ایجاد دو سیاهچاله درهم تنیده ایجاد شود. یک کرم چاله را می توان به صورت دو قیف که در انتهای باریک به یکدیگر متصل شده اند با سیاه چاله هایی که در دهانه های عریض قرار دارند نشان داد.

با این وجود، برخلاف کرم چاله ها در فیلم های علمی - تخیلی این ساختار های فرضی قادر نیستند اطلاعات یا مواد را از راه دور انتقال دهند، زیرا هر پیامی یا هر شیء که در داخل آن به دام افتاده باشد از بین می رود.

این تخریب برای سیاهچاله ها معمول است که حتی اجازه عبور نور را نمی دهند. با این وجود، اگر یک برهم کنش متعارف (که با سرعت نور منتقل می شود) بین دو ناظر در انتهای مخالف کرم چاله برقرار شود به گونه ای باز می شود که امکان عبور از آن را فراهم می کند.

این پدیده را نمی توان با انجام آزمایش مشاهده کرد، زیرا هیچ راه قابل قبولی برای ایجاد دو سیاهچاله درهم تنیده در آزمایشگاه وجود ندارد. بنابراین، پژوهشگرانی که مقاله را در نشریه "نیچر" منتشر کردند "معادل هولوگرافیک" این فرآیند را ایجاد کرده و مورد مطالعه قرار دادند.

"آلبرتو کاساس" پژوهشگر موسسه فیزیک نظری در مادرید و نویسنده اثر "انقلاب کوانتومی" مفهوم شبیه سازی کرم چاله را به زبان ساده این گونه توضیح می دهد: "شبیه یک قوطی استوانه ای است. در داخل سه بعد وجود دارد، اما انتهای آن دو بعدی و مسطح است. نیروی گرانشی که بر هر چیزی در داخل آن اثر می گذارد بازتابی ایجاد می کند که می توان آن را روی دو درب قوطی جایی که جاذبه وجود ندارد مشاهده کرد".

کاساس می گوید این اصل هولوگرافیک نامیده می شود اصلی که احتمالا در یک نظریه گرانش کوانتومی ثابت انجام می شود. او می افزاید: «هر آن چه در یک نظریه گرانشی رخ می دهد با یک بعد کم تر معادلی در یک نظریه غیر گرانشی دارد».

به طور خاص، کرم چاله در نظریه گرانشی به عنوان یک سیستم درهم تنیده کوانتومی در نظریه غیر گرانشی دیده می شود. بنابراین، انتقال اطلاعات از طریق یک کرم چاله می تواند به عنوان تله پورتیشن یا ترابرد کوانتومی در نظریه غیر گرانشی تلقی شود.

نویسندگان مقاله در نشریه "نیچر" یک سیستم درهم تنیده بین دو قسمت از یک رایانه کوانتومی ایجاد کرده اند که دارای یک کرم چاله به عنوان معادل هولوگرافیک است. آنان نشان دادند که اطلاعات را می توان از طریق نوعی انتقال کوانتومی بین این دو بخش با تقلید از آن چه از طریق کرم چاله معادل رخ می دهد، انتقال داد.

مشاهده این پدیده امری قابل توجه است، زیرا به نظر می رسد پیام نوشته شده توسط آلیس (نامی که در فیزیک کوانتوم برای فرستنده پیام استفاده می شود) به طور غیرقابل جبرانی در جایی در زیر سیستم اول گم شده، اما پس از مدت کوتاهی دوباره دست نخورده در زیرسیستم باب (گیرنده پیام) ظاهر می شود.

کاساس می گوید: «گویی آلیس پیامی روی آب نوشته است. در ابتدا به نظر می رسد پیام در حرکت تریلیون ها مولکول آب ناپدید می شود و بازیابی آن غیر ممکن است. اما پس از آن پیام دوباره دست نخورده در نقطه دیگری از سطح آب ظاهر می شود.

این رفتار شگفت انگیز همان چیزی است که در واقع بین دو سیستم درهم تنیده ایجاد شده در این آزمایش اتفاق می افتد. اگر به معادل هولوگرافیک آن فکر کنیم می توان آن را راحت تر درک کرد: پیام آلیس توسط کرم چاله بلعیده شده و در انتهای دیگر به باب تحویل داده می شود».

کاساس می افزاید: «این یک نتیجه بسیار جالب است، زیرا اگر از یک رایانه قوی تر استفاده شود (تنها نه کیوبیت در شبیه سازی استفاده شد) می توان سیستم های ماکروسکوپی را شبیه سازی کرد و اثرات گرانش کوانتومی را بر روی آن مورد مطالعه قرار داد».

نویسندگان مقاله "نیچر" اذعان می کنند که شبیه سازی را می توان با استفاده از محاسبات معمول به دست آورد، اما استفاده از پردازنده سیکامور ساخت گوگل ظرفیت بالقوه انجام آزمایش های گرانش کوانتومی بر روی پردازنده های مبتنی بر فیزیک کوانتومی را نشان می دهد.

"ایگناسیو سیراک" مدیر بخش تئوری مؤسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی نیز این ظرفیت بالقوه را تشخیص می دهد. نمونه های اولیه رایانه های کوانتومی موجود و رایانه های کوانتومی ای که در آینده نزدیک توسعه خواهند یافت ممکن است به ابزاری کلیدی برای پرداختن به پرسش های اساسی تبدیل شوند. این آزمایش هنوز بسیار مقدماتی است، اما یک گام مهم رو به جلو محسوب می شود.

سیراک به مرکز رسانه علمی (SMC) می گوید: «شبیه سازی ها می توانند اطلاعاتی در مورد نحوه رفتار سیاه چاله ها ارائه دهند به ویژه زمانی که سیاه چاله ها را از دیدگاه فیزیک کوانتومی مطالعه می کنیم».

"کارلوس سابین" پژوهشگر فیزیک نظری در دانشگاه مستقل خودمختار مادرید می گوید درک این نکته مهم است که هیچ کرم چاله ای در این آزمایش ایجاد نشده است.

او می گوید: «ما در مورد یک قیاس صحبت می کنیم.» اما او به کمک ارزشمند دیگری از این آزمایش اشاره کرد: یک فرهنگ لغت که چه اتفاقی برای کیوبیت (واحد پایه ای پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بوده و مشابه بیت در رایانه های کلاسیک می باشد) رخ می دهد را به زبان آن چه برای کیوبیت شبیه سازی شده یا مجازی رخ می دهد ترجمه می کند. نویسندگان تکنیک هایی را معرفی می کنند که نشان می دهد چگونه آزمایش می تواند به طور موثر به یک کیوبیت گسترش یابد.

بنابراین، آزمایشی که از قابلیت های یک رایانه معمولی فراتر می رود قادر است با استفاده از رایانه های کوانتومی با احتمال خطای کمتر انجام شود که انتظار داریم در چند سال آینده صورت گیرد. در هر صورت، این آزمایش نشان می دهد که حتی با تنها چند کیوبیت و احتمال خطای فعلی رایانه های کوانتومی می توان کار های جالبی انجام داد.

"آدام آر براون" و "لئونارد ساسکیند" دو استاد فیزیک نظری در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا که با بخش محاسبات کوانتومی گوگل نیز همکاری می کنند مقاله دومی را در نشریه "نیچر" منتشر کردند که اصل هولوگرافیک را به عنوان "راهنمای تلاش ما برای درک چگونگی دو نظریه مشهور فیزیک مدرن - مکانیک کوانتومی و نسبیت عام را با یکدیگر ترکیب می کند".

این دو فیزیکدان هم چنین بر اهمیت انتقال اطلاعات تاکید می کنند و می گویند: «در توصیف غیر گرانشی ظاهر پیام رمزگذاری نشده در جای دیگر پیش بینی بدون ابهام مکانیک کوانتومی است، اما تا حدودی مرموز است. شگفتی این نیست که پیام به نحوی رسیده بلکه نکته مهم آن است که به صورت رمزگشایی نشده رسیده است. با این وجود، این موضوع به راحتی از توصیف گرانشی قابل درک است: پیام رمزگشایی نشده از طرف دیگر می رسد، زیرا از کرم چاله عبور کرده است».

براون و ساسکیند می نویسند: «در آینده ممکن است انتظار داشته باشیم که تکنیک های ارتباط کوانتومی اختراع شود که تجزیه و تحلیل شان با استفاده از ابزار های معمولی بسیار دشوار است، اما از دوگانگی هولوگرافیک به عنوان ابزاری قدرتمند برای تجزیه و تحلیل و کشف استفاده می کنند».

این خبر توسط سایت فرارو منتشر شده و خبر ناب صرفا آن را به اشتراک گذاشته است.

منبع : فرارو