, Τρίτη
31 Ιανουαρίου 2023

Έρευνα: Προσομοίωση για πρώτη φορά μιας μίνι-σκουληκότρυπας σε κβαντικό υπολογιστή

Επιστήμονες στις ΗΠΑ, με επικεφαλής μια Ελληνίδα φυσικό της διασποράς, χρησιμοποίησαν τον κβαντικό υπολογιστή Sycamore της Google για να προσομοιώσουν για πρώτη φορά μια μικροσκοπική και απλοποιημένη χωροχρονική «σκουληκότρυπα» και στη συνέχεια να μεταφέρουν κβαντικές πληροφορίες μέσα από αυτήν. Οι ερευνητές κατάφεραν να αναπτύξουν ένα κβαντικό πείραμα που τους επέτρεψε να μελετήσουν τη δυναμική συμπεριφορά μιας θεωρητικής σκουληκότρυπας.

Μολονότι δεν επρόκειτο για πραγματική «σκουληκότρυπα» στον χωροχρόνο (που στην επιστημονική φαντασία χρησιμοποιείται για μακρινά ταξίδια στο σύμπαν), το εν λόγω πείραμα ήταν ένα ακόμη βήμα για τη «συνάντηση» της κβαντομηχανικής με τη βαρύτητα. Τέτοιες προσομοιώσεις μπορούν να βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση του πώς συνδυάζονται αυτές οι δύο έννοιες σε μια θεωρία κβαντικής βαρύτητας, ίσως το δυσκολότερο και σημαντικότερο πρόβλημα στη σύγχρονη Φυσική.

Μέχρι σήμερα η κβαντομηχανική που «βασιλεύει» στον κόσμο των πολύ μικρών διαστάσεων, και η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν που περιγράφει τη βαρύτητα και «κυβερνά» τον πολύ μεγάλο κόσμο στο σύμπαν, δεν έχει κατορθωθεί να «παντρευτούν». Έτσι, μέχρι στιγμής δεν υπάρχει καμία περιγραφή της βαρύτητας σε κβαντική κλίμακα.

Οι φυσικοί άρχισαν να αναπτύσσουν θεωρίες για χωροχρονικές «σκουληκότρυπες» ήδη από το 1935, όταν ο Αϊνστάιν και ο συνάδελφος του Νέιθαν Ρόζεν μίλησαν για «τούνελ» στον ιστό του χωροχρόνου. Αρχικά ονομάζονταν «γέφυρες Αϊνστάιν-Ρόζεν» και στη δεκαετία του 1950 βαφτίστηκαν «σκουληκότρυπες» από τον ειδικό στις μαύρες τρύπες φυσικό Τζον Γουίλερ. Το 2013 έγινε από τους φυσικούς Χουάν Μαλδασένα και Λέοναρντ Σάσκιντ η πρώτη σύνδεση ανάμεσα στις σκουληκότρυπες και στο φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής (ή κβαντικού εναγκαλισμού).

Οι ερευνητές, με επικεφαλής την καθηγήτρια Φυσικής Μαρία Σπυροπούλου του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech), που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο «Nature», δημιούργησαν μια προσομοίωση ενός χωροχρονικού τούνελ που είχε μικροσκοπικές μαύρες τρύπες στα δύο άκρα του και μέσω του οποίου μπορούσε να περάσει ένα μήνυμα μέσω κβαντικής τηλεμεταφοράς.

«Ήταν απλώς μια σκουληκότρυπα μωρό, ένα πρώτο βήμα για να ελέγξουμε τις θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας και καθώς θα αυξάνεται η κλίμακα των κβαντικών υπολογιστών, θα αρχίσουμε να χρησιμοποιούμε μεγαλύτερα κβαντικά συστήματα για να προσπαθήσουμε να δοκιμάσουμε μεγαλύτερες ιδέες στην κβαντική βαρύτητα», δήλωσε η κ. Σπυροπούλου, η οποία είναι επικεφαλής στο ερευνητικό πρόγραμμα κβαντικών επικοινωνιών QCCFP (Quantum Communication Channels for Fundamental Physics)του Τμήματος Επιστήμης του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.

«Η σχέση ανάμεσα στην κβαντική διεμπλοκή, τον χωροχρόνο και στην κβαντική βαρύτητα είναι ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα στη θεμελιώδη φυσική και μια δραστήρια περιοχή θεωρητικής έρευνας. Έχουμε ενθουσιαστεί που κάναμε αυτό το μικρό βήμα για τη δοκιμή αυτών των ιδεών σε κβαντικό μηχάνημα και θα συνεχίσουμε τις προσπάθειές μας», πρόσθεσε η Ελληνίδα φυσικός, η οποία σπούδασε φυσική στο ΑΠΘ, πήρε το διδακτορικό της από το Χάρβαρντ και υπήρξε ερευνήτρια στο CERN, προτού εγκατασταθεί στις ΗΠΑ.

Η κ. Σπυροπούλου διευκρίνισε πάντως ότι απέχουμε ακόμη πολύ μακρύ δρόμο μέχρι να δημιουργηθεί μια πραγματική σκουληκότρυπα και να ταξιδέψουν άνθρωποι μέσα από αυτήν.