Wissenschaftler haben mit Googles Quantencomputer Sycamore 2 ein „Baby“-Wurmloch geschaffen. Im Experiment sie
Neue Forschung ist der erste Schrittzur Erforschung der Quantengravitation im Labor. Als Wissenschaftler die Daten sahen, bekamen sie eine „Panikattacke“, es sei so beeindruckend, schreiben die Autoren der Arbeit. Und hier erfahren Sie, warum.
Wie erstelle ich ein "Quantenwurmloch"?
Wurmlöcher oder Wurmlöcher sindhypothetische Tunnel in der Raumzeit, die an beiden Enden durch Schwarze Löcher (BH) verbunden sind. Ihre enorme Schwerkraft schafft naturgemäß die Voraussetzungen für die Entstehung eines Wurmlochs, doch das im neuen Experiment simulierte Wurmloch ist etwas anders. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um ein „Spielzeug“-Modell, das auf Quantenteleportation basiert und zwei Schwarze Löcher simuliert, um Informationen durch ein Portal zu senden.
Gravitation und die Quantenwelt werden historisch betrachtetGegenteil, unterschiedliche Prozesse. Doch das stimmt laut Forschern nicht ganz. Nach dem holographischen Prinzip kann eine Gravitationstheorie, die nicht um Singularitäten von Schwarzen Löchern herum funktioniert, durch Quantengesetze erklärt werden. Damit verändert das neue Experiment unter anderem die Physik, indem es die Allgemeine Relativitätstheorie (GR) und die Quantenmechanik verknüpft.
Einsteins Vorhersagen
Die Idee der Wurmlöcher wurde erstmals von Albert vorgeschlagenEinstein und sein Kollege Nathan Rosen im Jahr 1935. Dann schlugen sie vor, dass Schwarze Löcher im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie durch Brücken verbunden werden könnten, die wie ein „Portal“ funktionieren. Diese Theorie ist ein Versuch, eine alternative Erklärung für Singularitätspunkte im Raum – die Kerne von Schwarzen Löchern – anzubieten. Dort konzentriert sich die Masse endlos an einem Punkt und erzeugt ein so starkes Gravitationsfeld, dass die Raumzeit ins Unendliche verzerrt wird und Einsteins Gleichungen zerstört werden. Wenn dieses „Verhalten“ von Schwarzen Löchern jedoch zur Bildung von Wurmlöchern führt, dann sei die Allgemeine Relativitätstheorie richtig, argumentierten Wissenschaftler.
Ein Wurmloch, das die Raumzeit verzerrt. Quelle: Needpix.com
Gleichzeitig einen Monat vor VeröffentlichungIn der berühmten Arbeit von 1935 führten Einstein, Rosen und ihr Kollege Boris Podolsky eine weitere Studie durch. Dann machten sie eine Vorhersage, die sich von ihren späteren Arbeiten zur Allgemeinen Relativitätstheorie unterschied. Es unterstützte die Quantentheorie nicht, diskreditierte vielmehr ihre „lächerlichen Schlussfolgerungen“.
Wenn die Regeln der Quantenmechanik wahr sind, sind die EigenschaftenZwei Teilchen müssen untrennbar miteinander verbunden sein, betonten Wissenschaftler. Die Messung des einen würde sich sofort auf das andere auswirken, selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind. Einstein verspottete diesen Prozess und heute ist er als Quantenverschränkung bekannt. Der Wissenschaftler nannte es „gespenstische Aktion aus der Ferne“ und deutete damit an, dass es unwirklich sei. Seitdem wurde es jedoch mehr als einmal von Physikern beobachtet und genutzt.
Der Hauptfehler eines Wissenschaftlers
Obwohl Einstein diese beiden getan hatWährend er bahnbrechende Vorhersagen machte, machte ihn seine Abneigung gegen die Ungewissheit und Fremdartigkeit der Quantenphysik blind. Infolgedessen machte er keine entscheidende Entdeckung: Die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik könnten ebenso wie seine beiden Annahmen zusammenhängen. Durch die Trennung der Allgemeinen Relativitätstheorie von der Quantentheorie haben Physiker keinen wichtigen Bereich der Wissenschaft erforscht, in dem Schwerkraft und Quanteneffekte kollidieren. Daher wissen wir immer noch nicht, was sich in Schwarzen Löchern verbirgt und an welchem winzigen Punkt sich das Universum zum Zeitpunkt des Urknalls konzentrierte.
Holografisches Prinzip
Da Einstein in eine Sackgasse geraten ist,Wissenschaftler versuchten, eine „Theorie von allem“ zu entwickeln – um Relativitätstheorie und Quantenwelt zu kombinieren. Dabei haben Physiker viele sehr ungewöhnliche Theorien entwickelt, eine davon ist das holographische Prinzip. Demnach ist das Universum eine dreidimensionale holographische Projektion von Prozessen, die auf einer entfernten zweidimensionalen Oberfläche ablaufen.
Die Idee entstand in der Arbeit von Stephen Hawking in den 1970er JahrenJahre. Anschließend formulierte er ein scheinbares Paradoxon: Wenn Schwarze Löcher tatsächlich Hawking-Strahlung aussenden (virtuelle Teilchen, die zufällig in der Nähe des Ereignishorizonts erscheinen), werden sie schließlich verdampfen. Dies verstößt gegen die Grundregel der Quantenmechanik, dass Informationen nicht zerstört werden können. Jetzt schienen GR und Quantenmechanik nicht mehr nur unvereinbar zu sein; Trotz vieler unglaublich genauer Vorhersagen könnten sie völlig falsch sein.
Um dieses Problem zu lösen, haben Befürworter der TheorieStrings, die die Quantenwelt und die allgemeine Relativitätstheorie in Einklang brachten, postulierten, dass die Informationen in einem Schwarzen Loch mit der zweidimensionalen Oberfläche seines Ereignishorizonts (dem Punkt, über den aufgrund der Supergravitation nicht einmal Licht entweichen kann) verbunden sind. Physiker gingen davon aus, dass Informationen über den Kollaps eines Sterns in ein Schwarzes Loch in Fluktuationen auf der Oberfläche dieses Horizonts eingewoben wurden, bevor sie in Hawking-Strahlung kodiert und gesendet wurden, bevor das Schwarze Loch verdampfte.
In den 1990er Jahren gründete der theoretische Physiker LeonardSusskind und Gerard Hoeft erkannten, dass diese Idee weiterentwickelt werden musste (zu Ehren von Susskind wurde einer der Helden der Sitcom „The Big Bang Theory“ zerstört). Wenn Sie sich alle Informationen über einen dreidimensionalen Stern in einem zweidimensionalen Ereignishorizont vorstellen, dann ist das Universum (das auch einen eigenen expandierenden Horizont hat) auch eine dreidimensionale Projektion zweidimensionaler Informationen – ein Hologramm.
Die Idee eines Künstlers für ein Informationsportal. Foto: Needpix.com
Aus dieser Sicht zwei unterschiedliche Theorien - aufeigentlich ein einheitliches Ganzes. Die gravitative Krümmung der Raumzeit ist, wie alles andere, was wir sehen, eine holografische Projektion. Es entstand als Ergebnis kleinster Wechselwirkungen von Quantenteilchen auf der niedrigdimensionalen Oberfläche eines fernen Horizonts.
Ideenvalidierung
Um diese Ideen zu testen, verwendeten PhysikerGoogle-Computer Sycamore 2. Sie luden es mit einem Grundmodell eines einfachen holographischen Universums, das an jedem Ende zwei quantenverschränkte Schwarze Löcher enthielt. Nachdem sie die Eingabenachricht in das erste Qubit kodiert hatten, beobachteten die Wissenschaftler, wie sie sich in Kauderwelsch verwandelte (als ob sie vom ersten Loch verschluckt worden wäre). Und dann flog es am anderen Ende unverschlüsselt und unbeschädigt heraus, als wäre es vom zweiten Schwarzen Loch „ausgespuckt“ worden.
Was weiter?
Das Erstaunlichste am Wurmloch-Experimentist nicht, dass die Nachricht in der einen oder anderen Form weitergegeben wurde. Es ist wichtig, dass es vollständig intakt erscheint. Tatsächlich verhielt sich das Modell wie ein physisches Wurmloch: Das Experiment zeigte, dass es durch Quantenverschränkung angetrieben werden könnte.
Gleichzeitig wurden die Informationen über einen winzigen Kanal weitergeleitetLücke Sie war nur ein paar Mal größer als die kürzeste denkbare Distanz in der Natur – die Planck-Länge. Zukünftig werden Wissenschaftler komplexere Experimente entwickeln und diese mit modernerer Ausrüstung durchführen. Ziel ist es, Nachrichten über große Entfernungen zu versenden.
Was ist das Endergebnis?
Analoga eines Schwarzen Lochs im QuantumComputer sind keine alles verzehrenden Monster, die sich im Weltraum verstecken. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, ob sie Schwarze Löcher genau genug modelliert haben, und sie haben diese Quantencomputer-Brüche als „entstehende“ Schwarze Löcher bezeichnet. Allerdings stellten die Physiker fest, dass sie „wie Enten aussehen, wie Enten gehen und wie Enten quaken“. Es sieht so aus, als wären es wirklich Enten.
Ein groß angelegter theoretischer „Sprung“ von derEs ist nicht notwendig, statt Informationen etwas Physisches, etwa ein subatomares Teilchen, durch ein Wurmloch zu schicken. Allerdings betonen Physiker, dass die Schaffung eines echten Mini-Schwarzen Lochs eine viel höhere Dichte an Qubits erfordern würde. Es ist sehr schwierig, dies experimentell zu tun. Es gibt noch viel zu tun, bevor der Hund Laika in ein Wurmloch geschickt wird, wie er es einst ins All tat.
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Auf dem Cover: die Vorstellung eines Künstlers von einem Wurmloch