Kατασκεύασαν οι φυσικοί μια σκουληκότρυπα σε έναν κβαντικό υπολογιστή;

(νεώτερη ενημέρωση 25/1/2022)

Στη φυσική η σκουληκότρυπα είναι μια υποθετική τοπολογική ιδιότητα του χωροχρόνου – μία σήραγγα που συνδέει δύο απομακρυσμένα σημεία του επιτυγχάνοντας μια συντόμευση στο χωροχρόνο. Θεωρητικοποιήθηκε για πρώτη φορά από τους Einstein και Rosen το 1935 με την δημοσίευση ‘The Particle Problem in the General Theory of Relativity‘, σχετικά με την επονομαζόμενη γέφυρα Einstein–Rosen.

Kατασκεύασαν οι φυσικοί μια σκουληκότρυπα στο εργαστήριο; Σύμφωνα με τον τίτλο του χτεσινού άρθρουPhysicists Create a Wormhole Using a Quantum Computer‘ στο περιοδικό quantamagazine, η απάντηση στο ερώτημα είναι καταφατική: οι φυσικοί δημιούργησαν μια σκουληκότρυπα χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό υπολογιστή της Google, στέλνοντας με επιτυχία πληροφορίες από το ένα άκρο της στο άλλο!

Η σκουληκότρυπα αναδύθηκε σαν ολόγραμμα από κβαντικά bits ή «qubits», αποθηκευμένα σε μικροσκοπικά υπεραγώγιμα κυκλώματα. Με το χειρισμό των qubits, οι φυσικοί έστειλαν στη συνέχεια πληροφορίες μέσω της σκουληκότρυπας.
Το επίτευγμα της ερευνητικής ομάδας επικεφαλής της οποίας είναι η Μαρία Σπυροπούλου δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature: ‘Traversable wormhole dynamics on a quantum processor‘. Και το βίντεο που ακολουθεί, όπως και το προαναφερθέν άρθρο του quantamagazine, εκλαϊκεύει τo επιστημονικό επίτευγμα:

Όμως η αναγγελία της είδησης από τo quantamagazine στο twitter προκάλεσε αρνητικές αντιδράσεις, όπως για παράδειγμα την κατηγορηματική αντίθεση του William H. Kinney:

Το ίδιο συνέβη και με τον τίτλο του αντίστοιχου άρθρου των New York Times ‘Physicists Create the Smallest, Crummiest Wormhole You Can Imagine‘ που προκάλεσε την ειρωνική αντίδραση του Scott Aaronson: «Aν αυτό το πείραμα υλοποίησε μια σκουληκότρυπα στην πραγματικότητα, τότε θα μπορούσατε να ισχυριστείτε και εσείς, ότι κάθε φορά που σχεδιάζετε μια σκουληκότρυπα με στυλό και χαρτί, φέρνετε μια σκουληκότρυπα στην πραγματική φυσική της ύπαρξη».»

Μάλλον, η ρεαλιστικότερη αναφορά στο πείραμα γίνεται στο περιοδικό newscientist με τον προσδιορισμό προσομοίωση σκουληκότρυπας: »A quantum computer has simulated a wormhole for the first time».

Έτσι η απάντηση στο ερώτημα αν ‘κατασκεύασαν οι φυσικοί μια σκουληκότρυπα σε έναν κβαντικό υπολογιστή;’ είναι όχι δεν κατασκεύασαν, αλλά προσομοίωσαν μια σκουληκότρυπα σε υπολογιστή. Κι αυτό από μόνο του είναι ένα πολύ σημαντικό επίτευγμα.

διαβάστε επίσης: Did physicists create a wormhole in a quantum computer?

(νεώτερη ενημέρωση) Το περιοδικό Quanta Magazine έκανε την παρακάτω δήλωση στο twitter που βάζει τα πράγματα στην θέση τους:

(νεώτερη ενημέρωση 25/1/2022)

Πώς είναι να «κατασκευάζεις» μια σκουληκότρυπα σε κβαντικό υπερυπολογιστή της Google;

Η Μαρία Σπυροπούλου ως επικεφαλής ομάδας επιστημόνων (Daniel Jafferis, Alexander Zlokapa, Joseph D. Lykken, David K. Kolchmeyer, Samantha I. Davis, Nikolai Lauk, Hartmut Neven) δημοσίευσε τον Νοέμβριο τα αποτελέσματα ενός μοναδικού πειράματος. Μαζί με την ομάδα της «κατασκεύασε» την πρώτη ολογραφική σκουληκότρυπα (Holographic Wormhole), χρησιμοποιώντας τον κβαντικό υπολογιστή Sycamore της Google, που στεγάζεται στο Google Quantum AI στη Σάντα Μπάρμπαρα της Καλιφόρνια.

Σύμφωνα με το επιστημονικό περιοδικό Quanta, η «σκουληκότρυπα είναι ένα είδος σήραγγας που θεωρητικοποιήθηκε το 1935 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν και τον Νέιθαν Ρόζεν και οδηγεί από το ένα μέρος στο άλλο περνώντας σε μια επιπλέον διάσταση του διαστήματος».

Τι έκανε λοιπόν η ομάδα της Μαρίας; Η σκουληκότρυπα που δημιούργησαν δεν είναι μια σήραγγα που υφίσταται στον πραγματικό φυσικό χώρο. Οι «μαύρες τρύπες» δεν ήταν πραγματικές, αλλά κώδικας σε έναν κβαντικό υπολογιστή.

Οχι, δεν υπήρξε ρήξη του φυσικού χωροχρόνου, μην πάει το μυαλό σας στο «Beam me up, Scotty» από το Star Trek ή ότι θα περιπλανηθείτε στον γαλαξία όπως ο Μάθιου ΜακΚόναχι στο «Interstellar».

Μετά τη δημοσιοποίηση των αποτελεσμάτων του πειράματος ακολούθησε ένα μπαράζ ανακοινώσεων για το επίτευγμα από τα κορυφαία CalTech, MIT, Wondros, Fermilab και τη Google. Έγινε εξώφυλλο στο έγκυρο Nature, ενώ Reuters, New York Times και Guardian δημοσίευσαν εκτενή ρεπορτάζ.

Οι Τάιμς της Νέας Υόρκης έγραψαν ότι το πείραμα καταπιάνεται με τα περισσότερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής (ticks most of the mystery boxes in modern physics). Το τηλεγράφημα του Ρόιτερς, ανέφερε ότι «Επιστήμονες “κατασκεύασαν” βρεφική σκουληκότρυπα, η επιστημονική φαντασία πλησιάζει στην πραγματικότητα».

Η υποδοχή του πειράματος ήταν τόσο ενθουσιώδης ώστε αρκετοί επιστήμονες αισθάνθηκαν ότι πρέπει να τονιστεί περισσότερο το γεγονός ότι «δεν πρόκειται για μια πραγματική σκουληκότρυπα που θα μπορούσε να μεταφέρει ανθρώπους στην Ανδρομέδα». 
Οι επικριτές της ερμηνείας του πειράματος, στους οποίους ανήκει ο Ντάνιελ Χάρλοου, φυσικός στο MIT, υποστήριξαν ότι το πείραμα βασίστηκε σε ένα μοντέλο κβαντικής βαρύτητας που ήταν τόσο απλό και μη ρεαλιστικό, που θα μπορούσε να έχει μελετηθεί χρησιμοποιώντας… μολύβι και χαρτί. Ωστόσο, παραδέχονται ότι είναι συναρπαστικό ως τεχνολογικό επίτευγμα, γιατί πλέον μπορούν να πειραματιστούν και με άλλες θεωρίες κβαντικής βαρύτητας.

Το βέβαιο είναι ότι το πείραμα της δικής μας Μαρίας Σπυροπούλου, μπήκε στη λίστα του έγκριτου Quanta Magazine με τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις στη Φυσική για το 2022. Μεταξύ ομιλιών και συνεδρίων, η καθηγήτρια Φυσικής παραχώρησε συνέντευξη στην «Καθημερινή» στον Λευτέρη Μπιντέλα. Ακολουθεί ένα απόσπασμα της σύνέντευξης:
 
– Θα θέλατε να μας εξηγήσετε τι είναι το πείραμα και γιατί είναι σημαντικό;

Ένας από τους τομείς μελέτης της σύγχρονης θεμελιώδους φυσικής είναι η σύνδεση της βαρύτητας με την κβαντική φυσική. Οι θεωρητικοί φυσικοί Lenny Susskind του Stanford και Juan Maldacena του IAS, Princeton (2013) διατύπωσαν τη θεωρία ότι οι σκουληκότρυπες είναι ισοδύναμες με την κβαντική “διεμπλοκή”, ένα φαινόμενο κατά το οποίο δύο σωματίδια μπορούν να παραμείνουν συσχετισμένα σε τεράστιες αποστάσεις (βλ. Νόμπελ 2022). Υπέθεσαν ότι οι σκουληκότρυπες (ή “ER”) είναι ισοδύναμες με κβαντική συσχέτιση ή διεμπλοκή (γνωστή και ως “EPR” από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, τον Μπόρις Ποντόλσκι και τον Νέιθαν Ρόζεν σε έργα του προηγούμενου αιώνα (1935)).

Η ομάδα μου πραγματοποίησε πειραματικά αυτό το είδος δυναμικής σκουληκότρυπας σε μια κβαντική συσκευή της Google, τον κβαντικό επεξεργαστή Sycamore. Χρησιμοποιώντας κβαντικές πύλες, εισαγάγαμε ένα qubit σε ένα κβαντικό σύστημα και παρατηρήσαμε τις πληροφορίες που αναδύονταν από το άλλο σύστημα στον ίδιο κβαντικό επεξεργαστή. Τα αποτελέσματα συμφωνούν με τη συμπεριφορά που αναμένεται από ένα κβαντικό σύστημα που ισοδυναμεί με μια σκουληκότρυπα.
Η εργασία αυτή αποτελεί ένα βήμα προς ένα ευρύτερο πρόγραμμα διερεύνησης της βαρυτικής φυσικής με τη χρήση κβαντικού υπολογιστή και προσφέρει ένα ισχυρό πεδίο δοκιμών των ιδεών της κβαντικής βαρύτητας.

– Οι «σκουληκότρυπες» είναι μια ρήξη στο χώρο και τον χρόνο και θεωρούνται γέφυρα μεταξύ δύο απομακρυσμένων περιοχών στο σύμπαν, γνωστές ως γέφυρες Αϊνστάιν-Ρόζεν. Αυτό καταφέρατε να δημιουργήσετε στο εργαστήριό σας στο CalTech;

Η σκουληκότρυπα (ο όρος δόθηκε από τον John Wheeler) είναι μια θεωρητική γέφυρα χωροχρόνου μεταξύ δύο απομακρυσμένων περιοχών του σύμπαντος. Τέτοιες σκουληκότρυπες συνάδουν με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, αλλά δεν έχουν παρατηρηθεί πειραματικά. Στην απλούστερη διαμόρφωσή τους, οι σκουληκότρυπες δεν επιτρέπουν σε τίποτα να περάσει: δεν είναι διαβατές. Οι μόνες γνωστές σκουληκότρυπες που είναι δυνατόν να διασχίζονται περιγράφονται επίσης από ένα ισοδύναμο κβαντικό σύστημα μέσω της ολογραφικής αρχής. Στο πείραμά μας δεν δημιουργήθηκε ρήξη του φυσικού χωροχρόνου. Συμπεράναμε ότι προέκυψε μια διαπερατή σκουληκότρυπα με βάση τη μετρούμενη κβαντική πληροφορία.
 
– Δηλαδή, το πείραμα πηγαίνει ένα βήμα παραπέρα το έργο του Αϊνστάιν, ενδεχομένως και του Στίβεν Χόκινς. Ποια θα λέγατε ότι είναι η σχέση του πειράματός σας με τη θεωρία της σχετικότητας;

Στην εργασία τους το 1935, οι Αϊνστάιν και Ρόζεν πρότειναν την ύπαρξη σκουληκότρυπων, επίσης γνωστών ως γέφυρες Einstein-Rosen (ER). Όπως έδειξε ο Kip Thorne του Caltech και πολλοί άλλοι, στην κλασική γενική σχετικότητα, οι σκουληκότρυπες μπορεί να υπάρχουν αλλά δεν είναι διαπερατές. Το 2016 ο Jafferis από το Χάρβαρντ (σ.σ.: ο οποίος συμμετείχε στο πείραμα) έδειξε ότι η προσθήκη ενός συγκεκριμένου είδους κβαντικού φαινομένου μπορεί να κάνει τις σκουληκότρυπες διαβατές. Η διελεύσιμη σκουληκότρυπα πραγματοποιείται ξεκινώντας από μια εκδοχή της μη διελεύσιμης γέφυρας Einstein-Rosen, η οποία έχει “αριστερές” και “δεξιές” περιοχές που αντιπροσωπεύουν τις εισόδους της σκουληκότρυπας. Το κβαντικό φαινόμενο που απαιτείται για να γίνει η σκουληκότρυπα διαβατή προέρχεται από την εφαρμογή μιας αλληλεπίδρασης που συνδέει αιτιωδώς τα αριστερά και δεξιά όρια. Αυτό το φαινόμενο είναι ισοδύναμο με έναν παλμό αρνητικής ενέργειας που μπαίνει στη σκουληκότρυπα. Όπως επεσήμανε ο Χόκινγκ το 1975, η ακτινοβολία Χόκινγκ από μια μαύρη τρύπα, όπως την βλέπει ένας παρατηρητής κοντά στον ορίζοντα, μοιάζει επίσης με παλμούς αρνητικής ενέργειας (που κατευθύνονται προς τη μαύρη τρύπα). Έτσι, ένα βασικό χαρακτηριστικό της κβαντικής δυναμικής που είναι υπεύθυνη για την ακτινοβολία Χόκινγκ είναι επίσης ένα βασικό χαρακτηριστικό αυτής της διαβατής σκουληκότρυπας, και μαζί αυτά τα φαινόμενα της φυσικής είναι από τα πιο ισχυρά αποτελέσματα που έχουν συλλεχθεί μέχρι στιγμής από την πολύ εκκολαπτόμενη κατανόηση της κβαντικής βαρύτητας.
 
–Ποιο θα λέγατε ότι είναι το πιο σημαντικό πράγμα του πειράματος που θα θέλατε να καταλάβουν οι αναγνώστες;

Ότι πρόκειται για την πρώτη επιτυχή προσπάθεια παρατήρησης της δυναμικής των διαπερατών σκουληκότρυπων σε πειραματικό περιβάλλον και ότι θα διεγείρει και θα επιτρέψει μελλοντικά πειράματα που θα εξετάζουν την αναδυόμενη κβαντική βαρύτητα.
 
– Ως τώρα, τη «σκουληκότρυπα» ως πύλη μεταφοράς και ταξιδιού στο χώρο και στο χρόνο την έχουμε δει σε ταινίες και σειρές επιστημονικής φαντασίας, όπως το «Interstellar» και το Star Trek. Πιστεύετε ότι θα έρθει κάποτε η ημέρα όπου οι ταινίες επιστημονικής φαντασίας θα πάψουν να είναι… φαντασία;

Η επιστημονική φαντασία έχει πιο πλούσια φαντασία από την επιστημονική φιλοδοξία, η οποία ως επί το πλείστον βασίζεται σε αποδεδειγμένες πραγματικότητες. Και οι δύο έχουν αξιοσημείωτο βαθμό δημιουργικότητας. Δεν θα δούμε σύντομα τεχνολογίες τύπου Star Trek ή Interstellar, αλλά θα συνεχίσουμε να παρακολουθούμε αυτές τις ταινίες κρατώντας την αναπνοή μας και αναρωτώμενοι τι είναι δυνατό και τι όχι.
 
– Να φανταστώ ότι η πρώτη ερώτηση που σας κάνει ο περισσότερος κόσμος είναι εάν πρόκειται για πραγματική «μαύρη τρύπα»;

Επειδή οι μαύρες τρύπες στη θεωρία μπορούν να συνδεθούν μέσω μιας σήραγγας ή γέφυρας στο χωροχρόνο, γνωστής ως σκουληκότρυπα, προκύπτει πράγματι το ερώτημα αν τα κβαντικά συστήματα στο πείραμά μας είναι ισοδύναμα με μαύρες τρύπες. Ερευνούμε ακόμη αν η φυσική των μαύρων οπών και των σκουληκότρυπων συνδέεται πράγματι με την κβαντική φυσική και υπάρχει μακρύς δρόμος μπροστά μας για την έρευνα.
 
– Ποιες μπορεί να είναι οι πιθανές μελλοντικές εφαρμογές του πειράματός σας; Τι δρόμους ανοίγει στην επιστημονική κοινότητα αλλά και στην κοινωνία;

Είναι μια εξαιρετική ερώτηση. Το 2018, όταν πρότεινα στο Υπουργείο Ενέργειας, Γραφείο Φυσικής Υψηλών Ενεργειών, αυτό το πειραματικό πρόγραμμα που περιλάμβανε μια διεπιστημονική ομάδα από ένα Εθνικό Εργαστήριο (Fermilab) καθώς και από το Χάρβαρντ και το Caltech, το ονόμασα “Κανάλια Kβαντικής Επικοινωνίας για τη Θεμελιώδη Φυσική (QCCFP)”.  Το πρόγραμμα είχε ως στόχο να επιχειρήσει για πρώτη φορά την πειραματική παραγωγή και παρατήρηση της δυναμικής των διαβατών σκουληκότρυπων, προκειμένου να διερευνηθούν φαινόμενα κβαντικής βαρύτητας.  Αλλά πράγματι, αν το προχωρήσει κανείς ένα βήμα παραπέρα, μπορεί να υπάρξουν εφαρμογές για το κβαντικό διαδίκτυο, αν αυτό αποδειχθεί χρήσιμο για την κοινωνία.

διαβάστε ολόκληρη τη συνένετευξη ΕΔΩ: https://www.kathimerini.gr/opinion/interviews/562232998/pos-einai-na-kataskeyazeis-mia-skoylikotrypa-se-kvantiko-yperypologisti-tis-google/



Κατηγορίες:ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ, ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ, ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ

Ετικέτες: ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: