Czy udało się stworzyć pierwszy tunel czasoprzestrzenny?
Naukowcy z California Institute of Technology rzekomo stworzyli pierwszy w historii tunel czasoprzestrzenny, rodzaj tunelu wymyślonego już w 1935 roku przez Alberta Einsteina i Nathana Rosena, który prowadzi z jednego miejsca do drugiego poprzez przejście w dodatkowy wymiar przestrzeni.
Tunel powstał jak hologram z kwantowych bitów informacji, czyli qubitów, przechowywanych w maleńkich obwodach nadprzewodnikowych. Manipulując qubitami, fizycy przesyłali informacje przez tunel. Artykuł na temat tego osiągniecia został opublikowany 30 listopada 2022 roku w czasopiśmie „Nature”.
Zespół kierowany przez Marię Spiropulu zaimplementował nowatorski protokół „teleportacji przez tunel czasoprzestrzenny” przy użyciu komputera kwantowego Google’a pod nazwą Sycamore znajdującego się w Google Quantum AI w Santa Barbara w Kalifornii. Dzięki temu pierwszemu w swoim rodzaju „eksperymentowi kwantowej grawitacji na chipie” Maria Spiropulu i jej zespół w pewnym sensie wyprzedzili inną grupę fizyków, którzy również zamierzają dokonać teleportacji typu „wormhole” za pomocą komputerów kwantowych IBM i Quantinuum.
Eksperyment może być postrzegany jako dowód na zasadę holograficzną, szeroką hipotezę dotyczącą tego, jak dwa filary fundamentalnej fizyki – mechanika kwantowa i ogólna teoria względności – pasują do siebie. Od lat 30. XX wieku fizycy starają się pogodzić te rozłączne teorie – jedną, stanowiącą zbiór zasad dla atomów i cząstek subatomowych, drugą – stanowiącą opis Einsteina, w jaki sposób materia i energia wpływają na czasoprzestrzeń, generując grawitację. Zasada holograficzna, znana już od lat 90. XX wieku, w tzw. „silnej wersji” zakłada, że opis każdego trójwymiarowego ciała lub rejonu przestrzeni zawarty jest na dwuwymiarowej powierzchni otaczającej to ciało. W bardziej spekulatywnej „słabej wersji” głosi natomiast, że cały Wszechświat może być postrzegany jako dwuwymiarowa struktura informacyjna „namalowana” na horyzoncie kosmologicznym. Zasada holograficzna może zostać użyta do wyjaśnienia paradoksu informacyjnego czarnych dziur w kontekście teorii strun. W tym przypadku zasada holograficzna głosi, że wygięta czasoprzestrzeń opisana przez ogólną teorię względności jest tak naprawdę kwantowym systemem cząstek „w przebraniu”. Czasoprzestrzeń i grawitacja wyłaniają się z efektów kwantowych, podobnie jak hologram 3D powstaje z dwuwymiarowego wzoru.
Nowy eksperyment potwierdza, że tego typu efekty kwantowe w komputerze kwantowym, mogą dać początek zjawisku, które spodziewamy się zobaczyć w teorii względności, mianowicie – tunel czasoprzestrzenny. W przeciwieństwie do zwykłego hologramu, tunel czasoprzestrzenny nie jest czymś, co możemy zobaczyć, chociaż można go uznać za „włókno prawdziwej czasoprzestrzeni”, według współautora Daniela Jafferisa z Uniwersytetu Harvarda, głównego twórcy protokołu teleportacji „wormhole”, nie jest on częścią tej samej rzeczywistości, którą zamieszkujemy my i komputer Sycamore. Zasada holograficzna mówi, że dwie rzeczywistości – ta z tunelem czasoprzestrzennym i ta z qubitami – są alternatywnymi wersjami tej samej fizyki, ale sposób konceptualizacji tego rodzaju dualności pozostaje wciąż tajemnicą.
Opinie na temat fundamentalnych implikacji tego wyniku będą się różnić. Co istotne, holograficzny tunel w eksperymencie składa się z innego rodzaju czasoprzestrzeni niż czasoprzestrzeń naszego Wszechświata. Dyskusyjne jest to, czy eksperyment potwierdza hipotezę, że czasoprzestrzeń, w której żyjemy, jest również holograficzna, wzorowana na bitach kwantowych.
Jafferis uważa, że grawitacja w naszym Wszechświecie wyłania się z niektórych bitów kwantowych w taki sam sposób, w jaki ten mały jednowymiarowy tunel wyłania się z chipa Sycamore.
Opracowano na podstawie:
Traversable wormhole dynamics on a quantum processor
Physicists Create a Wormhole Using a Quantum Computer
