Cientistas criaram um buraco de minhoca “bebê” usando o computador quântico Sycamore2 do Google. No experimento eles
Nova pesquisa é o primeiro passopara pesquisa da gravidade quântica em laboratório. Quando os cientistas viram os dados, tiveram um “ataque de pânico”, foi tão impressionante, escrevem os autores do trabalho. E aqui está o porquê.
Como criar um "buraco de minhoca quântico"?
Buracos de minhoca ou buracos de minhoca sãotúneis hipotéticos no espaço-tempo, conectados por buracos negros (BH) em ambas as extremidades. Na sua natureza, a sua enorme gravidade proporciona as condições para o aparecimento de um buraco de minhoca, mas aquele simulado na nova experiência é ligeiramente diferente. Essencialmente, trata-se de um modelo de “brinquedo” baseado em teletransporte quântico, que simula dois buracos negros para enviar informações através de um portal.
A gravidade e o mundo quântico são historicamente consideradosopostos, processos diferentes. Mas, de acordo com os pesquisadores, isso não é totalmente verdade. De acordo com o princípio holográfico, uma teoria da gravidade que não funciona em torno de singularidades de buracos negros pode ser explicada por leis quânticas. Assim, o novo experimento, entre outras coisas, muda a física, ligando a teoria geral da relatividade (GR) e a mecânica quântica.
previsões de Einstein
A ideia dos buracos de minhoca foi proposta pela primeira vez por AlbertEinstein e seu colega Nathan Rosen em 1935. Depois sugeriram que, no âmbito da relatividade geral, os buracos negros podem ser ligados por pontes que funcionam como um “portal”. Esta teoria é uma tentativa de oferecer uma explicação alternativa para pontos de singularidade no espaço – os núcleos dos buracos negros. Lá, a massa se concentrará infinitamente em um ponto, criando um campo gravitacional tão poderoso que o espaço-tempo será distorcido ao infinito, destruindo as equações de Einstein. No entanto, se este “comportamento” dos buracos negros leva à formação de buracos de minhoca, então a relatividade geral está correta, argumentaram os cientistas.
Um buraco de minhoca que distorce o espaço-tempo. Fonte: Needpix.com
Ao mesmo tempo, um mês antes da publicaçãofamoso artigo de 1935, Einstein, Rosen e seu colega Boris Podolsky conduziram outro estudo. Depois fizeram uma previsão que diferia do seu trabalho posterior sobre a relatividade geral. Não apoiou a teoria quântica, mas antes desacreditou as suas “conclusões ridículas”.
Se as regras da mecânica quântica forem verdadeiras, as propriedadesduas partículas devem estar inextricavelmente ligadas, enfatizaram os cientistas. Medir um afetaria instantaneamente o outro, mesmo que estivessem separados por uma distância enorme. Einstein ridicularizou esse processo e hoje é conhecido como emaranhamento quântico. O cientista chamou isso de “ação fantasmagórica à distância”, insinuando sua irrealidade. No entanto, desde então tem sido observado e utilizado mais de uma vez pelos físicos.
O principal erro de um cientista
Embora Einstein tenha feito essas duasprevisões inovadoras, sua aversão pela incerteza e estranheza da física quântica o cegou. Como resultado, ele não fez uma descoberta vital: a relatividade geral e a física quântica podem estar relacionadas, assim como as suas duas suposições. Ao separar a relatividade geral da teoria quântica, os físicos não exploraram uma importante área da ciência em que a gravidade e os efeitos quânticos colidem. Com isso, ainda não sabemos o que está escondido dentro dos buracos negros e o ponto infinitesimal em que o Universo estava concentrado no momento do Big Bang.
princípio holográfico
Desde que Einstein chegou a um beco sem saída,os cientistas tentaram criar uma “teoria de tudo” - para combinar a relatividade e o mundo quântico. No processo, os físicos criaram muitas teorias muito incomuns, uma delas é o princípio holográfico. Segundo ele, o Universo é uma projeção holográfica tridimensional de processos que ocorrem em uma superfície bidimensional remota.
A ideia teve origem no trabalho de Stephen Hawking na década de 1970anos. Ele então formulou um aparente paradoxo: se os buracos negros realmente emitem radiação Hawking (partículas virtuais que aparecem aleatoriamente perto do horizonte de eventos), eles acabarão por evaporar. Isto viola a regra básica da mecânica quântica de que a informação não pode ser destruída. Agora a GR e a mecânica quântica não pareciam mais apenas inconciliáveis; Apesar de muitas previsões incrivelmente precisas, elas podem estar completamente erradas.
Para resolver este problema, os proponentes da teoriacordas, que reconciliaram o mundo quântico e a relatividade geral, postularam que a informação num buraco negro está ligada à superfície bidimensional do seu horizonte de eventos (o ponto além do qual nem mesmo a luz pode escapar devido à supergravidade). Os físicos acreditavam que a informação sobre o colapso de uma estrela num buraco negro era tecida em flutuações na superfície desse horizonte antes de ser codificada na radiação Hawking e enviada antes da evaporação do buraco negro.
Na década de 1990, os físicos teóricos LeonardSusskind e Gerard Hoeft perceberam que essa ideia precisava ser desenvolvida (em homenagem a Susskind, um dos heróis da sitcom “The Big Bang Theory” foi destruído). Se imaginarmos todas as informações sobre uma estrela tridimensional em um horizonte de eventos bidimensional, então o Universo (que também tem seu próprio horizonte em expansão) também é uma projeção tridimensional de informações bidimensionais - um holograma.
A ideia de um artista para um portal de informações. Foto: Needpix.com
Deste ponto de vista, duas teorias díspares - sobrena verdade, um todo unificado. A curvatura gravitacional do espaço-tempo, como tudo o que vemos, é uma projeção holográfica. Apareceu como resultado das menores interações de partículas quânticas na superfície de baixa dimensão de um horizonte distante.
Validação de ideia
Para testar essas ideias, os físicos usaramComputador Google Sycamore 2. Eles o carregaram com um modelo básico de um universo holográfico simples que continha dois buracos negros quânticos emaranhados em cada extremidade. Depois de codificar a mensagem de entrada no primeiro qubit, os cientistas observaram enquanto ela se transformava em algo sem sentido (como se tivesse sido engolido pelo primeiro buraco). E então, ele voou sem criptografia e sem danos na outra extremidade, como se tivesse sido “cuspido” pelo segundo buraco negro.
O que vem a seguir?
A coisa mais incrível sobre o experimento do buraco de minhocanão é que a mensagem tenha passado de uma forma ou de outra. É importante que tenha aparecido completamente intacto. Na verdade, o modelo se comportou como um buraco de minhoca físico: o experimento mostrou que poderia ser alimentado por emaranhamento quântico.
Ao mesmo tempo, a informação passou por um minúsculobrecha Era apenas algumas vezes maior que a distância mais curta concebível na natureza – o comprimento de Planck. No futuro, os cientistas desenvolverão experimentos mais complexos e os realizarão com equipamentos mais avançados. O objetivo é enviar mensagens a longas distâncias.
Qual é o resultado final?
Análogos de um buraco negro no quantumos computadores não são monstros que consomem tudo escondidos no espaço. Os cientistas não têm certeza se modelaram buracos negros com precisão suficiente e chamaram essas fraturas de computadores quânticos de buracos negros “emergentes”. No entanto, os físicos notaram que eles "parecem patos, andam como patos e grasnam como patos". Parece que eles realmente são patos.
Um “salto” teórico em grande escala a partir doNão é necessário enviar algo físico, como uma partícula subatômica, através de um buraco de minhoca em vez de informação. No entanto, os físicos enfatizam que a criação de um verdadeiro miniburaco negro exigiria uma densidade de qubits muito maior. É muito difícil fazer isso experimentalmente. Ainda há muito trabalho a ser feito antes de enviar a cadela Laika para um buraco de minhoca, como ele fez uma vez para o espaço.
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Na capa: uma impressão artística de um buraco de minhoca