Niezwykły eksperyment

Tunel czasoprzestrzenny, który pozwalałby na błyskawiczne przemieszczanie się między odległymi miejscami we Wszechświecie, pozostaje na razie domeną teorii. Fizycy zdołali jednak przeprowadzić niezwykły eksperyment, w którym na komputerze kwantowym odtworzono zachowanie odpowiadające przechodniemu tunelowi czasoprzestrzennemu. Eksperyment wykonano na procesorze Google Sycamore i opisano w czasopiśmie „Nature”.

Tunel istniejący w świecie kwantowym

Naukowcy wykorzystali zaledwie dziewięć kubitów, czyli podstawowych jednostek informacji w komputerze kwantowym. Odpowiednio przygotowany układ miał naśladować właściwości matematycznego modelu, którego odpowiednikiem w opisie grawitacyjnym jest tunel czasoprzestrzenny.

Następnie badacze wprowadzili do układu informację kwantową i obserwowali jej zachowanie. Wyniki odpowiadały przewidywaniom dla sytuacji, w której informacja przechodzi przez „przechodni” tunel.

Nie oznacza to jednak, że powstała miniaturowa dziura w przestrzeni, do której można byłoby włożyć przedmiot albo statek kosmiczny.

To eksperyment z fizyką, nie portal

Kluczowe znaczenie ma tutaj dualność holograficzna. Jest to koncepcja fizyki teoretycznej, według której pewne układy kwantowe można matematycznie opisywać za pomocą teorii grawitacji działającej w przestrzeni o większej liczbie wymiarów. W takim opisie zachowanie układu kwantowego może odpowiadać zachowaniu tunelu czasoprzestrzennego. Dzięki temu komputer kwantowy staje się swego rodzaju laboratorium do badania zjawisk, których nie jesteśmy w stanie bezpośrednio obserwować w kosmosie.

Czy informacja naprawdę przez niego przeleciała?

W pewnym sensie — tak, ale tylko w ramach kwantowej symulacji.

Badacze zaobserwowali dynamikę zgodną z przechodzeniem informacji przez modelowany tunel. Wykorzystali przy tym zjawiska związane z teleportacją kwantową. Sama teleportacja kwantowa nie oznacza jednak przesyłania materii ani informacji szybciej od światła.

Eksperyment pokazuje więc przede wszystkim, że można wykorzystać współczesne komputery kwantowe do badania modeli związanych z grawitacją kwantową.

Dlaczego to może być ważne?

Jednym z największych problemów współczesnej fizyki jest połączenie mechaniki kwantowej z ogólną teorią względności. Obie teorie znakomicie opisują swoje domeny, ale stworzenie jednej spójnej teorii kwantowej grawitacji pozostaje ogromnym wyzwaniem.

Eksperyment z Sycamore pokazuje nową drogę: zamiast próbować bezpośrednio tworzyć ekstremalne warunki kosmiczne, fizycy mogą budować kwantowe modele zjawisk grawitacyjnych i sprawdzać ich zachowanie w laboratorium.

Trzeba przy tym zachować ostrożność. Późniejsza analiza opublikowana w „Nature” zakwestionowała, czy niewielkie modele tego typu rzeczywiście odtwarzają wszystkie istotne właściwości grawitacyjne. Debata ta pokazuje, że eksperyment jest przede wszystkim krokiem w kierunku badania związku między informacją kwantową a geometrią czasoprzestrzeni, a nie dowodem na stworzenie prawdziwego kosmicznego tunelu.

Na prawdziwy tunel czasoprzestrzenny, przez który można byłoby przejść lub przelecieć, nadal więc musimy poczekać. Jeśli w ogóle okaże się, że natura pozwala na jego istnienie.