Квантовая компьютерная симуляция червоточины Google, возможно, не сработала

В декабре 2022 года научный мир был взволнован первой симуляцией червоточины на квантовом компьютере. Но новое исследование ставит этот эксперимент под сомнение: он не был бы точным представлением, накапливая множество приблизительных данных при проектировании.

Уильям А. Хискок, профессор физики Университета штата Монтана в Бозмане и директор Консорциума космических грантов штата Монтана, сказал журналу Scientific American: «С точки зрения теоретической физики червоточин, нет никаких особых причин, почему расстояние должно быть короче; на самом деле червоточина может быть самым длинным путем«.

Однако даже если теория верна, до сих пор нет экспериментальных доказательств существования этих червоточин, несмотря на ажиотаж, вызванный заявлением группы исследователей о том, что они смоделировали голографическую червоточину с помощью квантового компьютера.

Действительно, в работе утверждается, что в экспериментальных условиях наблюдалась динамика проходимых червоточин. Исследователи также утверждают, что им удалось передать сигналы через эту симуляцию с помощью явления квантовой телепортации. Квантовая телепортация — это техника передачи квантовой информации от источника к удаленному месту назначения с помощью запутанных состояний.

Однако даже тогда некоторые ученые были настроены скептически. Теперь группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли выявила несколько очевидных недостатков в предположениях и конструкции этого квантового компьютерного эксперимента с червоточинами. Их работа опубликована на сайте arXiv.

Это не червоточина

Самым прямым способом наблюдения динамики проходимых червоточин было бы экспериментальное применение модели SYK, которая является дуальной по отношению к гравитации. Модель Сачдева — Йе — Китаева, если дать ей полное название (SYK), в физике конденсированных сред описывает материю без квазичастиц, что должно привести к лучшему пониманию сильно коррелированных материалов, таких как червоточины.

Однако экспериментально реализовать даже маленькую версию модели SYK крайне сложно. В исследовании, проведенном в декабре 2022 года, центральная концепция называется «голографической червоточиной». Это представление червоточины, которое было упрощено с использованием квантово-механических методов, чтобы упростить моделирование.

Такая упрощенная модель может быть физически неточной. Более того, кажется, что она подразумевает нереалистичные предположения о физике окружающего мира, особенно в отношении пространства-времени. Действительно, группа исследователей под руководством Нормана Яо обнаружила три основные проблемы, которые, по их мнению, указывают на то, что симуляция практически не имеет отношения к тому, как ведут себя червоточины.

Как сообщается в статье New Scientist, первая проблема заключается в поведении червоточины при отправке в нее информации. Теоретически, она должна колебаться некоторое время, а затем возвращаться в стабильное состояние. Однако ученые обнаружили, что она продолжает колебаться неопределенное время.

Вторая ошибка касается самой телепортации, которая должна посылать обратно сигнал, идентичный тому, который был введен. К сожалению, кроме сигналов, использованных в предельно упрощенной модели, другие сигналы не были идентичны между входом и выходом, что противоречит теории червоточин.

Наконец, третья ошибка будет самой важной и связана с квантовым явлением, известным как «квантовый размерный эффект». Это тонкая закономерность в том, как информация распространяется между кубитами в симуляции и, следовательно, априори, через червоточины. Это свойство, по мнению экспертов, является сильным индикатором того, является ли квантовая система точным голографическим представлением гравитационной системы, такой как червоточина.

Однако в моделировании 2022 года, как отмечают авторы данного исследования, оказалось, что для этой конкретной квантовой системы размерное искривление исчезает при увеличении или усложнении модели. Таким образом, наблюдаемое в симуляции искривление размеров может быть связано только с упрощением модели и ее малым размером.

В заключение можно сказать, что для будущих экспериментов и исследований червоточин необходимо усложнять системы, чтобы можно было получить больше данных и, возможно, однажды действительно смоделировать червоточину.