[ad_1]
Ученые из Массачусетского технологического института, Калифорнийского технологического института, Гарвардского университета и других организаций впервые отправили квантовую информацию через квантовую систему, что можно было бы понять как пересечение червоточины.
Хотя этот эксперимент не привел к нарушению физического пространства и времени в том смысле, в каком мы могли бы понять термин «червоточина» из научной фантастики, расчеты эксперимента показали, что кубиты перемещаются из одной системы запутанных частиц в другую в модели гравитации. .
Этот эксперимент, проведенный на квантовом процессоре Sycamore в Google, открывает двери для будущих экспериментов с квантовыми компьютерами для исследования идей теории струн и гравитационной физики.
«Моделирование сильно взаимодействующих квантовых систем, таких как те, которые возникают в квантовой гравитации, является одним из самых захватывающих применений квантовых компьютеров», — говорит Дэниел Харлоу, доцент кафедры развития карьеры Джеррольда Р. Захариаса и исследователь в Массачусетском технологическом институте. Лаборатория ядерных наук (LNS), которая работает с Дэвидом Колхемейером, одним из ведущих авторов работы.
«Это многообещающий первый шаг».
В новой статье в журнале Nature группа физиков, в которую входят Центр теоретической физики Массачусетского технологического института (CTP) и исследователи LNS Колхмейер и Александр Злокапа, представляет результаты о паре квантовых систем, которые ведут себя аналогично проходимой червоточине.
Червоточина — это мост между двумя удаленными регионами пространства-времени. В классической общей теории относительности ничто не может пройти через червоточину.
В 2019 году Дэниел Джафферис из Гарвардского университета и его сотрудники предположили, что через червоточину можно пройти, если она создана запутанными черными дырами. Колчмейер, постдокторант, работающий с исследователями CTP и LNS Харлоу и доцентом Неттой Энгельхардт, был рекомендован Джафферисом для получения докторской степени.
«Эти физики открыли квантовый механизм, позволяющий пройти червоточину, введя прямое взаимодействие между удаленными областями пространства-времени, используя простую квантово-динамическую систему фермионов», — говорит Колчмейер.
«В нашей работе мы также использовали эти запутанные квантовые системы для создания своего рода «телепортации через червоточину» с помощью квантовых вычислений и смогли подтвердить результаты с помощью классических компьютеров».
Жуткое действие на расстоянии
В этом эксперименте исследователи отправили сигнал «через червоточину», телепортировав квантовое состояние из одной квантовой системы в другую на 53-кубитном квантовом процессоре Sycamore.
Для этого исследовательской группе нужно было определить запутанные квантовые системы, которые ведут себя со свойствами, предсказанными квантовой гравитацией, но при этом достаточно малы, чтобы работать на современных квантовых компьютерах.
«Главной задачей этой работы было найти достаточно простую квантовую систему многих тел, сохраняющую гравитационные свойства», — говорит Злокапа, аспирант второго курса физики Массачусетского технологического института, который начал это исследование еще будучи студентом в лаборатории Спиропулу.
Для этого команда использовала методы машинного обучения, взяв квантовые системы с высокой степенью взаимодействия и постепенно уменьшая их возможности подключения.
Результатом этого процесса обучения стало множество примеров систем с поведением, совместимым с квантовой гравитацией, но для каждого экземпляра требовалось всего около 10 кубитов — идеальный размер для процессора Sycamore.
«Необходимые сложные квантовые схемы сделали бы невозможным запуск более крупных систем с сотнями кубитов на доступных сегодня квантовых платформах, поэтому было важно найти такие небольшие примеры», — говорит Злокапа.
Подтверждено классическими компьютерами
Как только Злокапа и исследователи идентифицировали эти 10-кубитные системы, команда вставила кубит в одну систему, применила энергетическую ударную волну к процессору, а затем наблюдала ту же информацию о другой квантовой системе процессора.
Команда измерила, сколько квантовой информации передается от одной квантовой системы к другой, в зависимости от типа примененной ударной волны, отрицательной или положительной.
«Мы показали, что если червоточина достаточно долго поддерживается ударными волнами отрицательной энергии, между двумя квантовыми системами устанавливается причинно-следственная связь. Кубит, вставленный в одну систему, действительно такой же, как и в другой системе», — говорит Спиропулу.
Затем команда проверила эти и другие свойства с помощью классических компьютерных расчетов. «Это отличается от моделирования на классическом компьютере», — говорит Спиропулу.
«Хотя можно смоделировать систему на классическом компьютере — и это было сделано, как сообщается в этой статье, — в обычном моделировании, которое представляет собой манипулирование классическими битами, нулями и единицами, не создается физическая система. Здесь мы увидели, как информация проходит через червоточину».
Эта новая работа открывает возможность будущих экспериментов по квантовой гравитации с более крупными квантовыми компьютерами и более сложными запутанными системами. Эта работа не заменяет прямые наблюдения за квантовой гравитацией, например, при обнаружении гравитационных волн с помощью лазерной интерферометрической обсерватории гравитационных волн (LIGO), добавляет Спиропулу.
И Злокапа, и Колхмайер стремятся понять, как такие эксперименты могут помочь развитию квантовой гравитации. «Мне очень любопытно посмотреть, как далеко мы сможем исследовать квантовую гравитацию на современных квантовых компьютерах. У нас есть некоторые конкретные идеи для последующей работы, которые меня очень воодушевляют», — говорит Злокапа.
Автор Джулия С. Келлер.
[ad_2]
Source