Мост через пространство и время: ученые готовятся создать настоящую червоточину

Многие слышали о научной концепции кротовины (или червоточины), которая предполагает возможность существования определенных космических структур, искажающих пространство и время и позволяющих путешествовать быстрее света. Эта идея часто появляется в попкультуре, например, в фильме "Интерстеллар" и в сериале "Стар Трек". В новом исследовании физик предложил потрясающий эксперимент, который потенциально может создать первую в истории червоточину, которую можно пройти, то есть настоящий мост через пространство-время.

• Ученые предупредили о глобальной угрозе большого количества спутников на околоземной орбите

Детали

В дополнение к демонстрации того, что кротовины могут существовать, спекулятивная техника может открыть совершенно новые окна в природу реальности, предложив заглянуть внутрь этих причудливых пространственно-временных туннелей и обеспечить форму телепортации, которую в научных кругах называют "контрпортацией".

Червоточины – это гипотетические структуры, которые могут соединять две точки пространства-времени. Эта особенность делает их особенно популярными в научно-фантастических историях, включающих путешествия быстрее света. Но червоточины также являлись темой серьезных научных исследований на протяжении столетия, поскольку они согласуются с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна.

Несмотря на то, что исследователи недавно совершили прорыв с моделированными (или "голографическими") кротовинами, никто никогда не генерировал настоящую в лаборатории или идентифицировал такую ​​в космосе.

Теперь квантовый физик и почетный научный сотрудник лаборатории технологии квантовой инженерии Бристольского университета Хатим Салих представил потенциальную дорожную карту для создания настоящей кротовины.

Салих, также являющийся соучредителем стартапа DotQuantum, предполагает создание проходной червоточины с помощью специального типа квантового компьютера, который мог бы представить "неопровержимое доказательство для существования основной физической реальности", согласно его новому исследованию в Quantum Science and Technology. Объясняя предложенный эксперимент, Салих отметил:

Ключевое значение состоит в том, что он использует современные технологии и доступные в настоящее время компоненты. Надеюсь, что в течение следующих трех-четырех лет мы построим это.

Фундаментальной концепцией нового исследования является "контрпортация", этот термин Салих придумал со слов "контрфактический" и "транспортация". В то время как транспортная часть достаточно проста, контрфактический компонент происходит от концепции под названием контрфактическая коммуникация, которая является способом отправки сообщений между двумя точками без обмена частицами. На простом примере из реального мира рассмотрим неактивную лампочку двигателя автомобиля. Она ничего не излучает, но все равно сообщает информацию: ваш двигатель в порядке. Это контрфактическая коммуникация.

Контрпортация похожа на квантовую телепортацию, которая происходит на крошечных масштабах атомов. В квантовом мире частица может странным образом запутаться с другими частицами на огромных расстояниях, позволяя ей передавать или телепортировать свою информацию в другие частицы, фактически копируя себя где-то еще перед тем, как исчезнуть из своего первоначального места. Чтобы продемонстрировать квантовую телепортацию в лаборатории, ученые должны запутать квантовые объекты (например фотоны), а затем распределить их в разные точки.

Контрпортация, напротив, достигает такой же бестелесной транспортировки через пространство, без настройки предварительного запутывания. По сути, ученые посылают свет (являющийся волной в квантовой сфере) через квантовую систему, которая была заморожена в "выключенном" состоянии постоянным наблюдением, где он попадает на детекторы предполагаемым образом, заменяя биты. Это позволяет ученым реконструировать информацию на другом конце, даже не включив его, не посылая электричество или частицы. Другими словами, это больше похоже на телепортацию, с которой мы знакомы в научной фантастике, когда объекты словно исчезают в одном месте и снова появляются в другом, без признаков обмена частицами. Салих объясняет:

Контрпортация дает вам конечную цель восстановления объекта в пространстве, но мы можем подтвердить, что ничего не произошло. Это является ключевым для других важных соображений или последствий, потому что если мы можем точно сказать, что ничего не произошло, тогда мы можем рассмотреть некоторые вопросы физики, например, в другом свете.

Салих впервые начал разрабатывать свою концепцию связи без обмена частицами десять лет назад и с тех пор она была продемонстрирована в лабораторных условиях. Этот экспериментальный прорыв был достигнут группой ученых из Китая, которые смогли отправить растровое изображение из одного места в другое без каких-либо значимых обменов частицами.

На волне этого успеха Салих работал над применением фреймворка к одной из самых ожидаемых разрабатываемых технологий: квантовых вычислений.

Теоретически квантовые компьютеры могут использовать принципы квантовой механики, чтобы превзойти скорость обработки современных компьютеров во много миллионов раз, позволяя им решать ряд пока невозможных задач.

Эти компьютеры нового поколения построены вокруг кубитов, являющихся квантовыми битами информации, аналогичными двоичным битам, используемым в существующих компьютерах. В то время как большинство ученых разрабатывают квантовые компьютеры, которые обмениваются частицами во время своих вычислений, Салих предполагает компьютер без обмена, который может достичь контрпортации, поместив его в другой класс процессоров. Салих отмечает:

Квантовые вычисления имеют одну главную цель: быстрее. Вот и все. Это не быстрее. На самом деле это гораздо медленнее – это квантовое вычисление без обмена. Мы не в этой игре. Что оно делает, так это то, что входные данные не взаимодействуют друг с другом, и тогда вы можете увидеть эффекты, которые не показывают обычные квантовые вычисления.

Компьютер без обмена частицами мог бы использовать мощность контрпортации для создания проходимой червоточины, хотя этот мост будет работать на сугубо локальном уровне. В отличие от вымышленных червоточин, экспериментальная версия не позволит мгновенно путешествовать со скоростью выше света до отдаленных мест, поскольку контрпортация происходит гораздо медленнее, чем скорость света.

Однако, если предположить, что червоточину можно создать, это может дать возможность посылать сигналы или объекты через настоящий мост в пространстве и времени. Такая установка позволит ученым исследовать нашу фундаментальную реальность и даже может предложить своего рода рассказ от первого лица о виде изнутри настоящей червоточины.

Отправка объектов или даже сознания искусственного интеллекта сквозь червоточину — это, очевидно, фантастическая возможность, которая по сути, перенесет весь жанр путешествий космосом в новое измерение. Однако понадобятся дополнительные исследования и эксперименты, чтобы увидеть, может ли это видение настоящей червоточины стать реальностью. С этой целью Салих надеется, что его проект однажды сможет открыть потрясающую новую форму квантовых вычислений с широким спектром научных применений. Ученый подытожил:

Этот безобменный квантовый компьютер существенно отличается. Мы можем использовать его, чтобы построить эту червоточину и использовать ее для изучения отраслей физики, поэтому это потенциально может быть одним из первых практических применений квантовых вычислений.

Мы также сообщали, что новое исследование ядра Земли перевернуло понимание о строении нашей планеты. Недавно команда геофизиков из Австралийского национального университета обнаружила доказательства того, что на самом деле "сердце" нашей планеты — ядро, может состоять из двух отдельных слоев.