Американские физики провели первую в истории симуляцию прохождения информации через голографическую кротовую нору, выполненную на квантовом компьютере. Исследование стало первым шагом к лабораторному изучению эффектов квантовой гравитации с помощью исключительно квантовых систем. Оно опубликовано в Nature.

Кратко его пересказывают Адам Браун и Леонард Сасскинд в редакционной статье того же номера журнала.

Построить теорию всего — заветная мечта физиков. Сегодня они уже смогли объединить три из четырех фундаментальных взаимодействия. Последний шаг на этом пути — это связать квантовую теорию с гравитацией — оказался довольно сложным и не сделан до сих пор.

Несмотря на то, что квантовая гравитация до сих пор не построена, ученым известно множество свойств, которыми она должна обладать. По мнению многих теоретиков, новая теория обязательно должна подчиняться голографическому принципу. Так называется возможность представления всех объектов, существующих в некотором N-мерном пространстве, с помощью отображения на его границе, обладающей размерностью N-1. Именно так работают голограммы: трехмерное изображение объекта формируется двумерным паттерном.

В случае с объединением теорий голографический принцип предлагает считать квантовою теорию поля, заданную в пространстве-времени размерности 3+1 (три пространственных и одно временное измерение), голограммой квантовой гравитации, заданной в пространстве-времени анти-де Ситтера размерности 4+1. Такая связь называют АдС/КТП соответствием или голографической дуальностью. Подробнее об этой гипотезе читайте в наших предыдущих новостях (1, 2).

В 2015 году Алексей Китаев нашел простую конфигурацию в системе фермионов, называемую ныне моделью Сачдева — Йе — Китаева (SYK), которая демонстрирует явную голографическую дуальность, то есть ее динамика выглядит как тень квантово-гравитационной динамики более размерного пространства. Позже Гао и Джафферис предложили протокол, который позволил бы с помощью запутывания двух SYK-подсистем увидеть эффект передачи (телепортации) информации через кротовую нору.

Впервые наблюдать этот эффект в реальной квантовой системе смогла группа американских физиков под руководством Марии Спиропулу (Maria Spiropulu) из Калифорнийского технического университета. Команда работала с квантовым компьютером Sycamore, принадлежащим Google. Ученые смогли найти условия, при которых компьютер симулировал эффект прохождения информации через кротовую нору с помощью всего девяти кубитов.