کرمچاله قابل عبور برای اولین بار در رایانه کوانتومی شبیه سازی شد

فیزیکدانان از یک پردازنده کوانتومی برای شبیه سازی یک کرمچاله قابل عبور استفاده کرده اند که اطلاعات را بین دو سیستم کوانتومی از راه دور منتقل می کند.

به گزارش تکناک، کرم‌چاله‌ها جزء اصلی داستان های علمی تخیلی هستند و احتمال دارد آنها در جهان واقعی وجود داشته باشند. اما سوال اینجا است که آنها چگونه کار خواهند کرد؟

در داستان‌های تخیلی، کرم‌چاله‌ها معمولاً به‌عنوان تونل‌هایی به تصویر کشیده می‌شوند که دو نقطه دور از فضا را به هم متصل می‌کنند و امکان سفر آنی در سراسر کیهان را فراهم می‌کنند. اما ممکن است به نظر کمی بیشتر از یک ابزار داستانی آسان به نظر برسند زیرا کرمچاله ها در واقعیت به طرز شگفت آوری قابل قبول هستند.

خود انیشتین وجود آنها را به عنوان یکی از ویژگی های نظریه نسبیت عام خود مطرح کرد و در دهه های پس از آن دانشمندان در مورد اینکه کجا و چگونه ممکن است آنها را پیدا کنیم مطالعه کرده اند.

اما ویژگی‌های آن‌ها به خوبی شناخته نشده است و چندین مدل متضاد از آنها وجود دارد. این یک پارادوکس ایجاد می کند که ما برای کشف بیشتر، نیاز به مشاهدات بیشتری از کرم چاله های واقعی داریم، اما برای مشاهده آنها باید بیشتر در مورد آنها  بدانیم تا بفهمیم به دنبال چه چیزی باید باشیم. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای می‌توانند به شکستن این حلقه تضاد کمک کند و به فیزیکدانان اجازه می‌دهند مدل‌های مختلف کرم‌چاله‌ها را آزمایش کنند و ببینند چگونه ممکن است رفتار کنند.

در مطالعه جدیدی که توسط دانشمندان برای اولین بار انجام شد، آنها  دریافتند که این نوع شبیه‌سازی را نمی‌توان روی هیچ رایانه قدیمی اجرا کرد. قدرت رایانه‌های کوانتومی مورد نیاز است که به قلمرو عجیب فیزیک کوانتومی دست می یابند تا محاسباتی را فراتر از حوزه توانایی رایانه‌های قدیمی انجام دهند.

این تیم در حال بررسی یک همبستگی جالب بین کرمچاله‌ها و فیزیک کوانتومی بود . ایده کرمچاله‌ای که در یک چشم به هم زدن چیزها را به سراسر جهان بفرستد، به طرز مشکوکی شبیه انتقال از راه دور کوانتومی به نظر می‌رسد، جایی که می‌توان اطلاعات را فوراً بین دو ذره درهم‌تنیده ارسال کرد، مهم نیست چقدر فاصله دارد یا اینکه جدا از هم هستند.

دانشمندانی از Caltech، Harvard، Fermilab و Google با استفاده از پردازنده کوانتومی Sycamore گوگل، اولین شبیه سازی کرمچاله را اجرا کردند. قسمت اصلی طرح یک مدل ساخته شده به نام SYK بود که می‌توانست اثرات گرانش کوانتومی را شبیه‌سازی کند. در این مورد، تیم دو سیستم ساده‌سازی شده SYK را با هم آمیخت، سپس یک بیت کوانتومی (کیوبیت) از اطلاعات را به یکی از آنها ارسال کرد و مطمئناً اطلاعات از سیستم دوم بیرون آمده است.

نتایج این انتقال داده نه تنها نشان داد که دورنوردی کوانتومی امکان پذیر است، بلکه از آنجایی که دو مدل SYK گرانش کوانتومی را نیز شبیه‌سازی می‌کنند، این یک شبیه‌سازی حقیقی از نحوه عملکرد کرمچاله قابل عبور در دنیای واقعی است.

مدت‌ها پیش‌بینی می‌شد که باز نگه داشتن کرمچاله به اندازه‌ای که چیزی از آن عبور کند در صورتی امکان پذیر است که یک موج انفجاری از انرژی منفی به آن برخورد کند.

در شبیه‌سازی‌ها، تیم این ایده را آزمایش کرد و دریافت که اثرات کرمچاله تنها در صورتی امکان پذیر است که با یک پالس انرژی منفی شبیه‌سازی شده به آن برخورد کند، اما نه انرژی مثبت. اعضای این تیم تحقیقاتی می‌گوید نتایج تایید می کند که این مدل چیزی فراتر از یک رویداد دورنوردی استاندارد کوانتمی است.

البته نتایج دور تر از یک تونل واقعی در فضا-زمان است، اما این تیم می‌گوید که این مدل می‌تواند به فیزیکدانان کمک کند تا خواص کرم‌چاله‌های دنیای واقعی را در صورت وجود، بررسی کنند. علاوه بر این، می تواند درک ما از آنها را تا حدی تقویت کند که در نهایت بفهمیم که چگونه باید آنها را در کیهان جستجو کنیم.

ماریا اسپیروپولو، محقق اصلی این مطالعه، گفت: ما یک سیستم کوانتومی پیدا کردیم که ویژگی‌های کلیدی یک کرمچاله گرانشی را نشان می‌دهد، و به اندازه کافی کوچک است که بتوان آن را روی سخت‌افزار کوانتومی امروزی پیاده‌سازی کرد. این کار گامی به سوی یک برنامه بزرگ‌تر برای آزمایش فیزیک گرانش کوانتومی با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی است. نتایج این آزمایش جایگزین تحقیقات مستقیم گرانش کوانتومی نمی شود زیرا سایر آزمایش‌ها ممکن است اثرات گرانش کوانتومی را با استفاده از روش سنجش کوانتومی بررسی کنند، اما یافته های اخیر یک بستر آزمایشی قدرتمند برای به کار بردن ایده‌های گرانش کوانتومی ارائه می‌دهد.