211service.com
Kā galda eksperiments varētu pārbaudīt realitātes pamatu
Diagramma mākoņa attēla augšpusē Avota fotoattēls: Unsplash
Šeit ir ziņkārīgs domu eksperiments. Iedomājieties kvantu daļiņu mākoni, kas ir sapinušies — citiem vārdiem sakot, tām ir viena un tā pati kvantu eksistence. Šo daļiņu uzvedība ir haotiska. Šī eksperimenta mērķis ir nosūtīt kvantu ziņojumu pa šo daļiņu kopu. Tātad ziņojums ir jānosūta vienā mākoņa pusē un pēc tam jāizņem no otras.
Tātad pirmais solis ir sadalīt mākoni pa vidu, lai daļiņas kreisajā pusē varētu kontrolēt atsevišķi no labajām. Nākamais solis ir ievadīt ziņojumu mākoņa kreisajā daļā, kur daļiņu haotiskā uzvedība to ātri izjauc.
Vai šādu ziņojumu kādreiz var atšifrēt?
Jaunā rakstā Adams Brauns no Google Kalifornijā un vairāki kolēģi, tostarp Leonards Saskinds no Stenfordas universitātes, stīgu teorijas tēvs, precīzi apspriež, kā šāds vēstījums var pārsteidzoši atkārtoti parādīties.
Viņi saka, ka pārsteigums ir tas, kas notiek tālāk. Pēc perioda, kurā ziņojums šķiet pamatīgi kodēts, tas pēkšņi tiek atšifrēts un atkal atkārtojas vietā, kas atrodas tālu no sākotnējās ievietošanas vietas. Viņi saka, ka signāls ir negaidīti mainījis fokusu, un nemaz nav skaidrs, kas bija tas, kas darbojās kā objektīvs.
Taču patiešām ārkārtējais, ko viņi norāda, ir tas, ka šāds eksperiments atklāj vienu no dziļākajiem Visuma noslēpumiem: gravitācijas un telpas laika kvantu dabu.
Vispirms daži fona skaidrojumi. Atslēga, lai izprastu šo domu eksperimentu, slēpjas topošo parādību būtībā. Brauns un kolēģi saka, ka kvantu sistēmas var parādīt jaunas parādības tieši tāpat kā parastās sistēmas.
Piemēram, kad divi cilvēki sarunājas viens ar otru, šo fenomenu ir grūti saprast no katras atsevišķās gaisā esošās molekulas modelēšanas viedokļa. Telpā, kurā viņi runā, var būt miljards miljardu miljardu molekulu, un katra no tām saduras ar citu ik pēc nanosekundes desmitās daļas.
Saruna tik un tā turpinās. Saziņa ir iespējama, neskatoties uz haosu, jo sistēmai tomēr ir jauni kolektīvie režīmi — skaņas viļņi —, kas darbojas sakārtoti, raksta Brauns un viņa kolēģi.
Līdzīga parādība darbojas kvantu līmenī. Brauns un viņa kolēģi apgalvo, ka šī parādība ir tā, kas pārorientē kvantu vēstījumu iepriekšējā piemērā.
Ja kvantu efekti ir svarīgi, sarežģīti sapīšanās modeļi var radīt kvalitatīvi jaunus kolektīvo parādību veidus, viņi raksta. Viens ārkārtējs šāda veida parādīšanās piemērs ir tieši telpas laika un gravitācijas hologrāfiskā ģenerēšana no sapīšanās, sarežģītības un haosa.
Tāpēc šis domu eksperiments ir tik ļoti interesants. Tas ļauj fiziķiem domāt par vienkāršu topošas kvantu parādības piemēru un to, kā viņi varētu to izveidot un pārbaudīt laboratorijā.
Tātad, kā viņi varētu veikt šādu eksperimentu? Brauns un kolēģi saka, ka ir vairāki veidi, kā tam pieiet. Pirmais solis ir izveidot sajauktu kvantu stāvokļu kopu, ko pēc tam var sadalīt divās kopās, lai tās apstrādātu atsevišķi.
Viens no veidiem, kā to izdarīt, ir izveidot sapinušo pāru kolekciju, kas pazīstama kā Bell pairs. Brauns un co atzīmē, ka šie pāri jau ir izveidoti, izmantojot rubīdija atomus un ar iesprostotiem joniem.
Nākamais solis ir ievietot kvantu informāciju vienā pusē no šiem kvantu stāvokļiem. Pēdējais solis ir kontrolēt kvantu stāvokļu otrās puses kvantu evolūciju tādā veidā, kas ļauj ziņojumam atkārtoti parādīties.
Tomēr jau ir veikti eksperimenti, kas panāk šādu kvantu kodēšanu, kurā informācija tiek izplatīta visā kvantu sistēmā un pēc tam tiek atgūta. Proti, grupa Merilendas Universitātē, Koledžparkā, kopā ar līdzstrādniekiem Kalifornijas Universitātē Bērklijā un Perimetra Teorētiskās fizikas institūtā Vaterlo, Ontario, publicēja papīrs dabā 2019. gada martā, aprakstot viņu veiksmīgos centienus to paveikt.
Viņi izmantoja kvantu datoru, kurā bija deviņu iterbija jonu ķēde, kas tiek atdzesēta ar lāzeriem, turot tos radiofrekvences slazdā. UMD pētnieki ieviesa septiņu kubitu ķēdi septiņos no deviņiem joniem. Pirmais kubits tika sajaukts trīs kubitu pāros, izplatot tajā ietverto informāciju kopumā sešos kubitos (viens no tiem bija sākotnējais kubits). Pēc tam viņi izmērīja septīto kubitu, kas bija savienots pārī ar sesto kubitu. Tika konstatēts, ka ar aptuveni 80% precizitāti septītais kubits atrodas kvantu stāvoklī, kas nav atšķirams no sākotnējā pirmā kubīta.
Šī rezultāta interpretācija nav vienkārša, tomēr grupa veica vairākus kontroles eksperimentus, kas tehnisku iemeslu dēļ, kas ir pārāk smalki, lai šeit izskaidrotu, apstiprināja viņu apgalvojumu, ka informācija, kas sākotnēji tika kodēta tikai pirmajā kubītā, patiešām tika delokalizēta visā sistēmā.
Mūsu eksperimentā novēroto šifrēšanas izraisīto teleportāciju var interpretēt kā informācijas izplatīšanās simulāciju caur šķērsojamu tārpa caurumu, kas savieno melno caurumu pāri, norāda Nature Paper.
Šādi eksperimenti liecina par vairākām aizraujošām iespējām. Spēja spēlēt ar analogiem topošajai telpas laika formai ļauj pārbaudīt noteiktas idejas par kvantu gravitāciju.
Brauns un citi ir nepārprotami satraukti. Viņi raksta: Sarežģītu kvantu daudzu ķermeņu sistēmu kontroles tehnoloģija strauji attīstās, un šķiet, ka mēs esam jaunas ēras rītausmā fizikā — kvantu gravitācijas izpētei laboratorijā.
Atsauce: arxiv.org/abs/1911.06314 : Kvantu gravitācija laboratorijā: teleportācija pēc izmēra un izbraucamie tārpu caurumi.
Labojums: 2020. gada 14. janvāris
Šajā stāstā sākotnēji bija teikts: Būtība ir tāda, ka šāda veida eksperiments pārsniedz pašreizējās kvantu mākslas līmeni. Bet tas varētu būt iespējams dažu nākamo gadu laikā, ņemot vērā ātrumu, kādā fiziķi attīsta savas kvantu prasmes. Šis apgalvojums bija nepareizs. Teksts ir rediģēts, lai atspoguļotu a Ieslodzījuma jonu eksperiments tika ziņots 2019. gada 6. marta žurnāla Nature numurā, kas veic tieši tādu šifrēšanu, teleportāciju un dekodēšanu, par kuru tika runāts.
Šis stāsts ir vairāk rediģēts no sākotnējās versijas, lai atspoguļotu faktu, ka, lai gan Brown et al. publicēts 2019. gada 14. novembrī, noteikti rosina pārdomas, tas nav pirmais dokuments, kas liek domāt, ka galda kvantu skaitļošanas eksperimenti var būt noderīgs un interesants veids, kā gūt ieskatu kvantu gravitācijā.
Šis stāsts skaidrības labad ir arī rediģēts.
MIT Technology Review pauž nožēlu par kļūdām.