Вчені готуються до створення прохідної квантової діри

Фізик запропонував приголомшливий експеримент, який потенційно може створити першу в історії прохідну червоточину, тобто справжній міст через простір-час, повідомляє нове дослідження.

На додаток до демонстрації того, що червоточини можуть існувати, спекулятивний метод може відкрити абсолютно нові вікна в природу реальності, пропонуючи зазирнути всередину цих химерних просторово-часових тунелів, і уможливити форму телепортації, яку дослідники називають “контрпортація”.

Червоточини – це гіпотетичні структури, які можуть з’єднувати дві точки в просторі-часі, що робить їх особливо популярними в науково-фантастичних історіях, які включають подорожі зі швидкістю, більшою за швидкість світла. Але червоточини також були темою серйозних наукових досліджень протягом століття, оскільки вони узгоджуються з теорією загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна.

Хоча дослідники нещодавно зробили прорив у моделюванні (або “голографічних”) червоточин, ніхто ніколи не створював справжню червоточину в лабораторії і не виявляв її у космосі.

Тепер Хатім Саліх, квантовий фізик і почесний науковий співробітник Лабораторії квантової інженерії Брістольського університету, представив потенційну дорожню карту до досягнення цієї довгоочікуваної мети.

“Уявіть, що чиюсь свідомість, наприклад, потужного штучного інтелекту, скопіюють у квантовий об’єкт”, – сказав Саліх у розмові з Motherboard, описуючи спекулятивне майбутнє застосування цієї технології. “Якщо ви протиставите кожному з них кубіти, перенесете їх з одного місця в інше – і якщо ця річ має суб’єктивний досвід, – то вона, можливо, зможе розповісти вам, як це – проходити крізь червоточину”.

Саліх, який також є співзасновником стартапу DotQuantum, планує створити прохідну червоточину за допомогою особливого виду квантового комп’ютера, який міг би надати “доказ існування фізичної реальності, що лежить в основі”, згідно з його новим дослідженням у журналі Quantum Science and Technology.

“Ключовим моментом є те, що він використовує сучасні технології та наявні на сьогоднішній день компоненти”, – сказав Саліх, говорячи про запропонований ним експеримент. “Ми сподіваємося, що протягом наступних трьох-чотирьох років ми побудуємо цю штуку.

Фундаментальною концепцією нового дослідження є “контрпортація” – портманто, яке Саліх вигадав зі слів “контрфактичний” і “транспортування”. Якщо з транспортуванням все зрозуміло, то контрфактична складова походить від поняття контрфактичної комунікації – способу надсилання повідомлень між двома точками без обміну будь-якими частинками. Як простий приклад з реального світу, розглянемо непрацюючу лампочку автомобільного двигуна. Вона нічого не випромінює, але вона все одно сигналізує про те, що з вашим двигуном все гаразд. Це контрфактична комунікація.

Контрпортація чимось схожа на квантову телепортацію, яка відбувається на крихітних масштабах атомів. У квантовому світі частинка може дивним чином переплутатися з іншими частинками на величезних відстанях, що дозволяє їй передавати, або телепортувати, свою інформацію іншим частинкам, по суті, копіюючи себе десь в іншому місці, перш ніж розпастися на своєму початковому місці. Щоб продемонструвати квантову телепортацію в лабораторії, вченим доводиться сплутувати квантові об’єкти (наприклад, фотони), а потім розподіляти їх у різні точки – процес, який передбачає переміщення частинок у просторі.

Контрпортація, навпаки, досягає такого ж безтілесного перенесення через простір, без попереднього заплутування. По суті, вчені посилають світло (яке у квантовому світі є хвилею) через квантову систему, яка була заморожена у “вимкненому” стані шляхом постійного спостереження, де воно потрапляє на детектори у передбачуваний спосіб, затримуючись на бітах. Це дозволяє вченим реконструювати інформацію на іншому кінці, навіть якщо вона не ввімкнена, не передається електрика чи частинки. Іншими словами, це більше схоже на телепортацію, знайому нам з наукової фантастики, коли об’єкти зникають в одному місці і знову з’являються в іншому, без жодних ознак обміну частинками.

“Контрпортація дає вам кінцеву мету – відтворення об’єкта в просторі, але ми можемо перевірити, що нічого не відбулося”, – пояснив Саліх. “Це ключ до інших важливих міркувань або наслідків, адже якщо ми можемо точно сказати, що нічого не відбулося, то ми можемо розглянути деякі питання фізики, наприклад, по-новому, в іншому світлі”.

Саліх вперше почав розробляти свою концепцію безчастинкової комунікації десять років тому, і відтоді вона була продемонстрована в лабораторних умовах. Цей експериментальний прорив був досягнутий командою вчених з Китаю, які змогли відправити растрове зображення з одного місця в інше без будь-яких значущих обмінних частинок.

Після цього успіху Саліх працює над застосуванням фреймворку до однієї з найочікуваніших технологій, що зараз розробляється: квантових обчислень.

Теоретично, квантові комп’ютери можуть використовувати принципи квантової механіки, щоб перевершити швидкість обробки даних сучасними комп’ютерами в мільйони разів, що дасть їм змогу вирішувати низку проблем, які наразі є неможливими.

Комп’ютери нового покоління побудовані на основі кубітів – квантових бітів інформації, які є аналогом двійкових бітів, що використовуються в існуючих комп’ютерах. У той час як більшість вчених розробляють квантові комп’ютери, які обмінюються частинками у своїх обчисленнях, Саліх бачить комп’ютер без обміну, який може досягти контрпортації, що відносить його до іншого класу процесорів.

“Квантові обчислення мають одну головну мету: швидше. Це все, – каже Саліх. “Це не швидше. Насправді, це значно повільніше – ці квантові обчислення без обміну даними. Ми не в цій грі. Що він робить, так це те, що вхідні дані не спілкуються один з одним, і тоді ви можете побачити ефекти, які звичайні квантові обчислення не показують”.

Комп’ютер без обміну потенційно може використати силу протидії для створення прохідної червоточини, хоча цей міст працюватиме на суто локальному рівні. На відміну від вигаданих червоточин, експериментальна версія не дозволила б миттєво подорожувати швидше за світло у віддалені місця, тому що контрапортація повзе набагато повільніше, ніж швидкість світла.

Однак, якщо припустити, що червоточина може бути створена, вона може надати можливість надсилати сигнали або об’єкти через справжній міст через простір-час. Така установка дозволила б вченим дослідити нашу фундаментальну реальність – і навіть запропонувала б своєрідну розповідь від першої особи про вигляд зсередини справжньої червоточини.

“Ви можете відправити квантовий об’єкт, відбитий на атомі”, який “відтворюється через” червоточину, – сказав Саліх. “Це можна узагальнити, тому що якщо у вас є об’єкт, зроблений з мережі цих [об’єктів], і ви протиставляєте кожен з них, ви б протиставили все це в цілому. Ви можете масштабувати його таким чином”.

Відправлення об’єктів або навіть свідомості штучного інтелекту через червоточину – це, очевидно, дикі можливості, які, по суті, вивели б весь жанр тревел-письма в новий вимір. Однак, щоб побачити, чи зможе це бачення справжньої червоточини стати реальністю, знадобиться більше досліджень і експериментів. Саліх сподівається, що одного дня цей проєкт може відкрити нову форму квантових обчислень з широким спектром наукових застосувань.

“Цей квантовий комп’ютер без обміну дуже відрізняється від інших, – підсумував він. Ми можемо використати його для побудови червоточини і використовувати її для дослідження галузей фізики, тож це потенційно може стати одним з перших практичних застосувань квантових обчислень”.