Googleの科学者は、量子コンピューターを使用してワームホールを研究しています

ブラックホールに陥るアーティストの情報の概念

グーグルの研究者たちは、実験室での実験を使用して、ブラックホールのペアをつなぐワームホールのような、最も奇妙な理論化された物理現象のいくつかを研究する方法を考え出している。

今日の理論物理学を推進する中心的な問題の1つは、同じ理論を使用して、重力と、量子力学と呼ばれる原子が従う規則の両方を説明する方法です。重力は非常に弱い力であるため、この2つはまだうまく機能していません。したがって、今日の技術では、最小スケールでそれを調べることは事実上不可能です。しかし、理論的研究は、この「量子重力」のヒントが特定の量子システムで現れるかもしれないことを示しました。それはいつか実験室で作成することが可能になるでしょう。Googleの物理学者によって提案されたそのような実験の1つは、物理学研究室で再現可能な量子状態は、2つのブラックホールの間のワームホールを通過する情報として説明できると仮定しています。

「したがって、そのような状況の実験的研究は、量子重力のより深い理解への道を提供します」と、著者はarXivに掲載され論文に書いています。

重力は単に量子力学との協力を拒否しているようで、理論家は2つをつなぎ合わせるために一生懸命働いてきましたが、ブラックホールの表面や内部、そしてその瞬間など、両方の概念が同時に存在しなければならない場所がありますビッグ・バン。この2つを結び付ける最も人気のある理論の1つは、素粒子を高次元空間で振動する小さな弦に置き換える弦理論です。弦理論は、粒子加速器で調べることができるよりもはるかに小さいスケールで存在するため、テストが困難です。しかし、AdS / CFT対応と呼ばれる20年前の予想は、本質的に、量子力学的粒子によって生成されたホログラムであるかのように、この高次元の世界における高次元の重力を理解できると言っています。したがって、Googleの物理学者のチーム、カリフォルニア工科大学、メリーランド大学、アムステルダム大学は、極端な量子挙動を研究することで、弦理論の存在のより強力な証拠が得られると考えています。たぶん、量子コンピューターは、弦理論を探る振る舞い、またはワームホールのような現象を生み出す可能性があります。

中で、この数十年の最も重要な物理的な進歩 コントロールと私たちは、量子コンピュータや量子シミュレータ呼ん量子状態を操作することをマシンの開発でした。原子を周回する電子のような最小のオブジェクトは、特定の値のプロパティしかとることができませんが、それらを見ていないときは、同時に異なる値を持つことができます(少なくとも、それらが持っているだけに戻るときは、それらを測定するまで) 1つの値)。2つ以上の粒子が絡み合うこともあります。つまり、空間全体で原子を分離している場合でも、粒子とそのプロパティは単一の数学的オブジェクトとして記述される必要があります。

グーグルの提案は、量子コンピューターの人工的な「原子」である2組の接続された量子ビットで回路を作成し、それを左右のグループに分割することを提案しています。入力されたエネルギーのパルスは、キュービットの状態を時間的に逆方向に進化させることと数学的に同等ですが、別のパルスは、左側の原子の量子状態を特定の方法で変更することによって「メッセージ」をエンコードするために使用されます。次に、別のパルスがキュービットの動作を高速化する役割を果たします。ブラックホールのアナロジーにとって重要なことですが、これは、粒子の特性に関する情報がスクランブルされ、ブラックホールに入ると失われる可能性があるのと数学的に同様の方法で、キュービット間のメッセージをスクランブルします。情報がスクランブルされると、左側の各キュービットは右側のミラーイメージキュービットと絡み合います。最後に、しばらくすると、メッセージ は、デコードを必要とせずに、不思議なことに右側のキュービットに再表示されます。

「メッセージが[システムの反対側に]どのように伝わったかはまったく明らかではありません。最も驚くべき事実は、最も簡単な説明がブラックホールの物理学にあるということです」と著者は論文に書いています。基本的に、研究者は、システム内のキュービットのグループ間を移動する情報は、ブラックホールに入り、ワームホールを通過し、2番目のブラックホールの外に現れるメッセージに類似していると考えています。次に、研究者たちは、何が起こっているのか、そしてそれが崩壊しない通過可能なワームホールのアナロジーとしてどのように機能するのかを理解するための数学的フレームワークを紹介します。

論文によると、このシステムを実現できる可能性のあるセットアップがあります。1つのセットアップは、レーザーパルスによって制御される、最低エネルギーまたは非常に高い「リュードベリ」状態にある原子の電子の配列で構成されます。もう1つは、トラップされた荷電イオンの配列から作成されます。どちらかがいつか グーグルによって提案された実験を実現することができるかもしれません。

基本的に、科学者たちは、量子コンピューターをワームホールを介して2つのブラックホール間を通過する情報と数学的に同様に動作させることができると考えています。ここ地球上にワームホールが実際に作成されることはありません。これは単なるモデルであり、他のアナログシステム と同様に、実験室の実験の数学的記述が空間を記述する誰かの理論のように見えるからといって、理論が自動的に正しいことを意味するわけではありません。これらのモデルは、理論が正しい可能性があるというより強力な数学的証拠を生成するための単なる方法です。研究者もグーグルもギズモードのコメント要求に応じていない。返信がありましたら、投稿を更新します。

この作業は、時間の経過に伴う量子情報スクランブリング、およびこのスクランブリングとブラックホールとの関係に関する研究に基づいています。しかし、それでも物理学者は興奮に満ちています。先週、数十人の物理学者がGoogle X会議に集まり、量子技術が量子重力研究者にとってどのように役立つかについて話し合いました。「この実験について聞いて、それはかなりの瞬間でした」と、この作業に関与していなかったGoogleが設立したXの量子居住者であるGuillaumeVerdonはGizmodoに語った。量子重力を研究することは、「私を量子コンピューティングに導いた夢でした」。

論文で説明されているこれらのワームホールを模倣した「サーモフィールドダブル」キュービット状態を作り出すことができる量子コンピューターは、間近に迫っていると、この研究について相談したメリーランド大学の物理学教授、クリストファー・モンローはギズモドに語った。彼は、彼のグループが取り組んでいるトラップ型イオン量子コンピューター  が、これらのアイデアをテストするために必要な量子状態を作成するためのプラットフォームとしてすぐに役立つことを望んでいます。「このような紙は私たちをやる気にさせ、大学、企業、政府の研究所でこれらのものを構築するように促しています。」

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