از سیاه‌چاله می‌توان برای ساخت تله پورتر کوانتومی استفاده کرد؟

طبق طرح جدید دانشمندان، می‌توان ازطریق کرم‌چاله‌ها بین دو سیاه‌چاله ارتباط برقرار و اطلاعات کوانتومی را منتقل کرد.

طبق طرحی پیشنهادی، با اتصال سیاه‌چاله‌ها ازطریق کرم‌چاله می‌توان اختلاف در اطلاعات کوانتومی را بررسی کرد. مانند بسیاری از طرح‌ها و برنامه‌ها، ساخت تله‌پورتر کوانتومی با سیاه‌چاله هم طرحی بلندپروازانه است. در ابتدا، سیاه‌چاله‌‌ی اول و سپس سیاه‌چاله‌ای دوم ساخته می‌شود که با سیاه‌چاله‌ی اول درهم‌تنیدگی دارد؛ یعنی هر اتفاقی که برای یکی از سیاه‌چاله‌ها رخ دهد، صرف‌نظر از فاصله، بر سیاه‌چاله‌ی دیگر هم تأثیر می‌گذارد.

ادامه‌ی مراحل اندکی ساده‌تر، اما عجیب‌تر است. در این مرحله، مقداری اطلاعات وارد سیاه‌چاله‌ی اول می‌شود که به‌صورت ذرات کوانتومی رمزنگاری شده‌ است. اطلاعات پس از قرارگرفتن در افق رویداد سیاه‌چاله، یعنی نقطه‌ای که نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد، به‌سرعت ناپدید می‌شود و دیگر نمی‌توان آن را فراخوانی کرد.

در‌صورتی‌که دو سیاه‌چاله به روشی صحیح به یکدیگر وصل شوند، پس از انتظاری کوتاه، اطلاعات کوانتومی به سیاه‌چاله‌ی دوم منتقل می‌شود و به‌شکل خوانا درمی‌آید. بد‌ین‌منظور، اطلاعات باید ازطریق میانبری در فضازمان منتقل شود که دو سیاه‌چاله‌ را به یکدیگر وصل می‌کند. این میانبر همان کرم‌چاله است. این ایده دست‌کم همان چیزی است که فیزیک‌دانان پیش‌بینی کرده‌اند. حالا گروهی به سرپرستی سپهر نظامی، از مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا، اجرای این آزمایش فوق‌العاده را برعهده گرفته‌اند و برای آزمودن این فرضیه تلاش می‌کنند.

درصورت اثبات پیش‌بینی‌ها، این پروژه می‌تواند سرنخ‌هایی درباره‌ی یکی از نظریه‌های گمراه‌کننده‌‌ی فیزیکی دهد. این نظریه، فیزیک کوانتوم را با نظریه‌ی نسبیت عام یکپارچه می‌کند که جاذبه را توصیف می‌کند. همچنین، پیش‌بینی‌ها می‌توانند ثابت کنند فضازمان پشت‌صحنه‌ی جهان نیست؛ بلکه خود از اتصالاتی میانی بین ذرات به‌وجود آمده است که با درهم‌تنیدگی کوانتومی توصیف می‌شوند.

تله پورت کوانتومی

مرگ و احیای اطلاعات

برای انتقال اطلاعات به سیاه‌چاله‌های واقعی یا به‌بیان دیگر، بقایای فروپاشی ستاره‌های دیگر نیازی نیست. به‌گفته‌ی پژوهشگران، این آزمایش را می‌توان در بستر آزمایشگاهی با استفاده از چند اتم یا یون انجام داد. این ایده برگرفته از پژوهش‌های تئوری سیاه‌چاله‌های اخترفیزیکی و هدفش پاسخ به این پرسش عمیق است: آیا سیاه‌چاله‌ها، این غول‌های گرسنه، اطلاعات را به شیوه‌ای برگشت‌ناپذیر نابود می‌کنند؟

براساس تصورات متداول، اطلاعات نیز مانند انرژی از قانون پایستگی پیروی می‌کند و همیشه در جهان باقی می‌ماند. طبق استدلال مکانیک کوانتوم، توابع موجی که موجودیت‌های کوانتومی را توصیف می‌کنند، با حفظ اطلاعات به تکامل می‌رسند و نمی‌توان آن‌ها را از بین برد.

به‌نظر می‌رسد سیاه‌چاله‌ها اطلاعات را از جهان حذف می‌کنند. برای مثال، اگر یک بیت کوانتومی یا کیوبیت وارد سیاه‌چاله‌ای شود، دیگر نمی‌توان آن را از خارج از افق رویداد مشاهده کرد. یکی از راه‌‌حل‌ها برای «تناقض اطلاعاتی سیاه‌چاله» را می‌توان در پرتوهای منتشرشده از افق رویداد سیاه‌چاله جست‌وجو کرد. استیون هاوکینگ در دهه‌ی ۱۹۷۰، پدیده‌ی تابش هاوکینگ را پیش‌بینی کرد. طبق این پدیده، سیاه‌چاله انرژی گرانشی و جرم خود را از دست می‌دهد؛ درنتیجه، سیاه‌چاله‌ها هم اجرامی ابدی نیستند و به‌آهستگی ناپدید می‌شوند.

هاوکینگ در ابتدا معتقد بود حتی اگر سیاه‌چاله‌ای کاملا تبخیر شود، اطلاعات آن برای ابد ناپدید می‌شوند؛ اما براساس فرضیه‌ای به‌نام تناظر AdS/CFT (فضای پاددوسیته یا نظریه‌ی میدان همدیس)، فوتون‌های تابش هاوکینگ می‌توانند اطلاعات مربوط به فضای داخلی سیاه‌چاله را رمزنگاری کنند و درنتیجه، اطلاعات را به جهان بیرون منتقل کنند.

خوان مالداسینا اولین‌بار در سال ۱۹۹۷، نظریه‌ی تناظر AdS/CFT را ارائه داد. این نظریه یکی از جهت‌گیری‌های نویدبخش‌ در مسیر نظریه‌های گرانش کوانتومی است. براساس این فرضیه، ساختار چهاربعدی فضازمان هم‌ارز با سازوکار نظریه‌ی کوانتومی در محدوده‌ی سه‌بعدی است.

سپهر نظامی

سپهر نظامی، فیزیک‌دان، مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا، سرپرستی پژوهشی را با موضوع نظریه‌ی اطلاعات سیاه‌چاله در سیستم‌های آزمایشگاهی برعهده دارد. به‌اعتقاد هاوکینگ، اگر سیاه‌چاله کاملا تبخیر شود، اطلاعات آن هم برای همیشه ناپدید می‌شوند؛ اما براساس فرضیه‌ای به‌نام تناظر AdS/CFT، فوتون‌های تابش هاوکینگ می‌توانند اطلاعات داخل سیاه‌چاله را رمزنگاری کنند و اطلاعات را به جهان بازگردانند.

اتصال سیاه‌چاله‌ها عجیب و عمیق و شگفت‌انگیز است. اگر فضازمانی با نوع خاصی از خمیدگی درنتیجه‌ی گرانش یا اصطلاحا فضای پاددوسیته بسازید، توصیف ریاضی آن هم‌ارز با توصیف نظریه‌ی میدان کوانتومی به‌نام نظریه‌ی میدان همدیس در ابعاد کمتر است. به‌بیان دیگر، تناظر مانند نوعی هولوگرام عمل می‌کند. کل اطلاعات موجود در نگاشت فضازمانی با ابعاد بیشتر داخل تراکنش‌های کوانتومی با ابعاد کمتر رمزنگاری می‌شود. جرارد تی. هوف، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک، اولین‌بار اصل هولوگرافیک را پیشنهاد داد و نظریه‌ی تناظر Ads/CFT مالداسینا نیز اولین تصویر منسجم از عملکرد اصل هولوگرافیک را برای شکل مشخصی از فضازمان فراهم می‌کند.

براساس اصل تناظر AdS/CFT، فضای پیوسته در جهان Ads به‌شکل درهم‌تنیدگی یا وابستگی بیت‌های کوانتومی در کوانتوم CFT ظاهر می‌شود. مالداسینا می‌گوید:

در اینجا فرض می‌شود فضازمان در سیستم‌هایی با تعداد زیاد کیوبیت ظاهر شود که درهم‌تنیدگی و تعامل بسیاری دارند.

به‌بیان دیگر، درهم‌تنیدگی کوانتومی می‌تواند به تولید نوعی فضازمان منجر شود که گرانش دارد و گرانش هم می‌تواند نتیجه‌ی آثار کوانتومی باشد.

ادغام‌کننده‌های سریع

نظریه‌های مذکور چه ارتباطی به سیاه‌چاله‌ها دارند؟ نظریه‌ی تناقض اطلاعاتی سیاه‌چاله این پرسش را مطرح می‌کند که پس از ورود به سیاه‌چاله، برای اطلاعات چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ تناظر Ads/CFT بخشی مهم از راه‌حل پیشنهادی است. طبق این نظریه، درهم‌تنیدگی کوانتومی ازطریق واسطه‌های می‌تواند اطلاعات را روی تابش هاوکینگ منتشر کند و از اتلاف برگشت‌ناپذیر آن جلوگیری کند.

استیون هاوکینگ در سال ۲۰۰۴، نشان داد با فرض صحیح‌بودن تناظر AdS/CFT، می‌توان ازطریق فوتون‌های هاوکینگ که در طول عمر سیاه‌چاله منتشر می‌شوند، اطلاعات را بازیابی کرد. نورمن یائو، از دانشگاه کالیفرنیا برکلی، درباره‌ی این موضوع می‌گوید:

اگر بتوانید کل فوتون‌های هاوکینگ را جمع‌آوری کنید، با انجام محاسباتی امکان بازاریابی اطلاعات در هر کیوبیت وجود خواهد داشت.

تا وقتی تبخیر سیاه‌چاله به نیمه برسد، اطلاعات آن پنهان می‌ماند. پس از این مرحله، سیاه‌چاله اطلاعات را در تابش هاوکینگ آشکار می‌کند؛ بنابراین، باید مدت زیادی را برای بازیابی آن منتظر ماند. براساس نظریه‌ی دون پیج، فیزیک‌دان دانشگاه آلبرتا، در سال ۱۹۹۳، اطلاعات به‌تدریج و با سرعتی ثابت آشکار می‌شوند.

پاتریک هایدن و جان پرسکیل در سال ۲۰۰۷، نظریه‌ی پیج را بازنگری کردند و نشان دادند پس از تبخیر نیمی از سیاه‌چاله، اطلاعات با سرعت بسیاری آشکار می‌شوند. به‌گفته‌ی یائو، پس از تبخیر نیمی از سیاه‌چاله، بیت‌های کوانتومی به داخل آن بازمی‌گردند؛ زیرا سیاه‌چاله در این مرحله با تابش هاوکینگ درهم‌تنیدگی کوانتومی دارد و هر اطلاعات بیشتری که وارد آن شود، در تابش هاوکینگ ظاهر می‌شود. بنابراین به‌عقیده‌ی هایدن و پرسکیل، سیاه‌چاله مانند آینه‌ای اطلاعاتی عمل می‌کند.

جاذبه در رژیم کوانتومی چگونه عمل می‌کند؟ دوگانگی هولوگرافیک از نظریه‌ی رشته‌ای، ابزار قدرتمندی برای رمزگشایی این راز است.

هایدن و پرسکیل بر ارتباط بین ترمودینامیک سیاه‌چاله و نظریه‌ی اطلاعات کوانتومی متمرکز شدند که نتیجه‌‌ی آن پدیده‌ای به‌نام درهم‌آمیختگی کوانتومی است. این پدیده مانند توزیع گرما در سامانه، به‌مرور زمان و رسیدن آن به تعادل است. فرض کنید دو سامانه حاوی بسته‌های محلی انرژی باشند و سپس دو سامانه با یکدیگر تماس پیدا کنند. انرژی ازطریق هر دو سامانه توزیع می‌شود تا زمانی‌که هر دو سامانه حافظه‌ی وضعیت اولیه را از دست دهند و دیگر نتوان آن‌ها را از یکدیگر تشخیص داد.

درهم‌آمیختگی نیز مانند انتقال گرما است. پس از انتقال حتی با بررسی همبستگی بین دو سامانه، نمی‌توان این دو را از یکدیگر تشخیص داد. یائو می‌گوید:

درهم‌آمیختگی نیز شکلی قوی از فرایند انتقال گرما است و این فرایند به پایدار‌نبودن اطلاعات کوانتومی منجر می‌شود.

آدام براون، فیزیک‌دان گوگل و دانشگاه استنفورد، معتقد است:

فرایند ادغام یا درهم‌آمیختگی به آنالوگ کوانتومی درهم‌ریختگی یا تصادفی‌سازی گفته می‌شود. برای مثال، فرض کنید مجموعه‌ای مرتب از کارت‌هایی دارید و درصورت نبود الگوی واضحی در آن‌ها، می‌گویید کارت‌ها به‌هم‌ریخته هستند. این فرایند مشابه تصادفی‌سازی کامل نیست؛ بلکه کارت‌ها به‌قدری ترکیب می‌شوند که تشخیص تصادفی‌بودن آن‌ها نیز کاری ساده نیست؛ در‌نتیجه، درهم‌آمیختگی یک مرحله قبل از تصادفی‌سازی است.

آزمایشگاه مونرو

در آزمایشگاه کریستوفر مونرو در دانشگاه مریلند، از لیزر برای کنترل بیت‌های کوانتومی اتمی استفاده می‌شود.

تقریبا هر سامانه‌ی چندین بدنه‌ای کوانتومی دچار درهم‌آمیختگی می‌شود؛ اما سیاه‌چاله‌ها خاص هستند. همان‌طورکه سرعت درهم‌ریختگی کارت‌ها به روش ادغام آن‌ها وابسته است، سرعت درهم‌آمیختگی سامانه هم به نحوه‌ی تعامل ذرات داخل سیستم وابستگی دارد. جزئیات را می‌توان با تابع ریاضی همیلتونین توصیف کرد. با اعمال تابع همیلتونین روی سیاه‌چاله‌ها، درهم‌ریختگی اطلاعات کوانتومی با سرعت بیشتری امکان‌پذیر است.

طبق نتیجه‌گیری هایدن و پرسکیل، سیاه‌چاله‌ها مانند مدارهای سریع درهم‌آمیخته‌ی کوانتومی رفتار می‌کنند؛ بنابراین، وقتی با تابش هاوکینگ درهم تنیده شوند، اطلاعات جدید پس از ورود به سیاه‌چاله‌ها به‌سرعت خود را در تابش نشان خواهد داد. برای نمایش اطلاعات باید به‌اندازه‌ی کافی صبر کرد تا سیاه‌چاله و تابش هاوکینگ آن درهم تنیده شوند. این مرحله پس از تبخیر نیمی از سیاه‌چاله رخ می‌دهد.

پس از تبخیر نیمی از سیاه‌چاله ازطریق تابش هاوکینگ، می‌توان اطلاعات را بازیابی کرد

دراین‌میان، روش سریع‌تری هم برای بازیابی اطلاعات وجود دارد: درهم‌تنیدگی حداکثری سیاه‌چاله با چیزی دیگر مثل سیاه‌چاله‌ی دیگر. پینگ گائو و دنیل جفریس با همکاری آرون وال، از مؤسسه‌ی مطالعات پیشرفته‌ی پرینستون، این طرح را پیشنهاد دادند. طبق این نظریه، اگر بتوان یک زوج سیاه‌چاله‌ را درهم تنیده کرد، کیوبیتی که سیاه‌چاله‌ی اول می‌بلعد، وارد سیاه‌چاله‌ی دیگر می‌شود. گائو و همکارانش نشان می‌دهند چگونه با اضافه‌کردن اتصال بین سیاه‌چاله‌ها می‌توان اطلاعات کوانتومی را بین آن‌ها مبادله‌ کرد. این فرایند متناظر با تله‌پورت کوانتومی است. در این فرایند، از درهم‌تنیدگی بین دو ذره برای انتقال وضعیت کوانتومی یکی از آن‌ها به دیگری استفاده می‌شود. ذره‌ی هدف مشابه ذره‌ی اولیه به‌نظر می‌رسد و درواقع، می‌توان گفت ذره‌ی اولیه در بخشی از فضا ناپدید و در بخشی دیگر بازیابی می‌شود. یائو اعتقاد دارد:

درهم‌تنیدگی سیاه‌چاله‌ها مانند پلی برای انتقال اطلاعات عمل می‌کند.

به‌گفته‌ی یائو، تغییرات سیاه‌چاله‌ها در سامانه‌ها امکان تله‌پورت در سریع‌ترین بازه‌ی زمانی ممکن را فراهم می‌کنند. به‌همین‌دلیل، اطلاعاتی که وارد یکی از سیاه‌چاله‌ها می‌شود، به‌سرعت بین تمام ذرات به‌اشتراک گذاشته می‌شود؛ بنابراین، به‌دلیل در‌هم‌تنیدگی با سیاه‌چاله‌ی دوم، اطلاعات بین تمام ذرات توزیع می‌شود.

تله پورت کوانتومی ۲

تله‌پورت یا دورترارسانی کوانتومی بارها از نظر تجربی ثابت شده است و حالا از آن برای ارسال اطلاعات رمزنگاری‌شده بین دستگاه‌های کوانتومی استفاده می‌شود. با‌این‌حال، امکان ارسال پیام فوری در این فرایند وجود ندارد؛ زیرا پیام‌رسانی فوری به رمزگشایی سیگنال نیاز دارد و تله‌پورت کوانتومی صرفا فرایندی تصادفی است. در این فرایند، اطلاعات اضافی ازطریق مکانیزم کلاسی منتقل نمی‌شود یا به‌بیان دیگر، اطلاعات نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند. به‌گفته‌ی نظامی، دانشجوی دکتری سابق هایدن، به‌همین‌دلیل طرح پیشنهادی گائو و همکارانش به واسطه‌هایی فراتر از درهم‌تنیدگی دو سیاه‌چاله نیاز دارد. نظامی می‌گوید:

هدف از جفت‌کردن سیاه‌چاله‌ها ارسال داده‌های ضروری کلاسیک است که به‌کمک درهم‌تنیدگی به انتقال سیگنال از سیاه‌چاله‌ای به سیاه‌چاله‌ای دیگر منجر می‌شود.

نظریه‌پردازهای اطلاعات کوانتومی به‌ترتیب ذکرشده فرایند را تعریف می‌کنند؛ اما طبق تناظر AdS/CFT، کانالی که ازطریق درهم‌تنیدگی بین سیاه‌چاله‌ها ایجاد می‌شود، براساس تعریف نسبیت عام هم‌ارز با کرم‌چاله‌ای در فضازمان است که بین دو سیاه‌چاله قرار گرفته است. در این دیدگاه، کیوبیت وارد یکی از سیاه‌چاله‌ها می‌شود و ازطریق کرم‌چاله به سیاه‌چاله‌ی دیگر می‌رسد.

در شرایط عادی، کرم‌چاله‌ها پیمایش‌ناپذیر نیستند و نمی‌توان هیچ‌چیز را در آن‌ها منتقل کرد؛ اما گائو و جفریس و وال نشان می‌دهند چگونه می‌توان از نظریه‌ی اطلاعات کوانتومی و تله‌پورت در چشم‌انداز AdS/CFT برای تبدیل سیاه‌چاله به مسیری پیمایش‌پذیر استفاده کرد.

کرم‌چاله‌های آزمایشی

در‌صورتی‌که تناظر AdS/CFT واقعی باشد، تغییرات و تحولات زیادی به‌دنبال خواهد داشت. پژوهشگران می‌توانند با درهم‌تنیدگی صحیح مدارهای کوانتومی و انتقال کیوبیت بین آن‌ها، سامانه‌هایی هم‌ارز با سیاه‌چاله‌ها ایجاد کنند که ازطریق کرم‌چاله به یکدیگر وصل شده‌اند.

نظامی و براون با همکاری لئونارد ساسکایند، از استنفورد، برایان سوینگل، از دانشگاه مریلند و دیگر پژوهشگران، طرحی کاربردی برای انتقال اطلاعات ازطریق سیاه‌چاله ارائه کرده‌اند. برای این کار تنها به ساخت مجموعه‌ای از ذرات کوانتومی نیاز است که در این آزمایش، نقش سیاه‌چاله را ایفا کنند و با اعمال تابع همیلتونین بر تعامل سیاه‌چاله‌ها، می‌توان از آن‌ها ادغام‌کنندگانی سریع ساخت.

درهم‌آمیختگی کوانتومی اولین‌بار سال گذشته ارائه شد. یائو و همکارش، بنی یوشیدا و کریستوفر مونرو از مریلند و دیگر پژوهشگران، به ساخت مداری کوانتومی از یون‌های محصور درهم‌تنیده دست زدند. در سامانه‌های واقعی، تشخیص درهم‌آمیختگی مانند فرایندهایی مثل نویز کلاسیک، به‌ویژه ناهمدوسی کوانتومی، دشوار است. ناهمدوسی نیز مانند درهم‌آمیختگی از تعامل و درهم‌تنیدگی پیوسته‌ی ذرات سرچشمه می‌گیرد، با این تفاوت که در این مورد ذرات محیط سامانه‌ی کوانتومی را احاطه می‌کنند. با افزایش ناهمدوسی، اطلاعات وارد محیط می‌شود و از بین می‌رود. اجتناب کامل از ناهمدوسی غیرممکن است و این ‌یکی از مشکلات بزرگ‌ کامپیوترهای کوانتومی محسوب می‌شود؛ زیرا محاسبات کوانتومی باید قبل از تصادفی‌سازی اطلاعات در فرایند ناهمدوسی تکمیل شوند.

اتم های مجزا

اتم‌های مجزا در آزمایشگاه مونرو ازطریق الکترودها حفظ می‌شوند. نور لیزر به انتشار اتم‌ها منجر می‌شود.

معمولا ناهمدوسی سریع‌تر از درهم‌آمیختگی رخ می‌دهد؛ بنابراین، دیدن آن کار دشواری است. مونرو و همکاران او با روشی دو الگوریتم تله‌پورت کوانتومی را تفکیک کردند. این دو الگوریتم در مداری رمزنگاری شده‌اند که از هفت جفت یون ایتربیوم ساخته شده‌ است. این یون‌ها در یک سطر نگه‌داری می‌شوند و هرکدام در نقش کیوبیتی مستقل عمل می‌کنند.

در فرایند محاسبات کوانتومی، کیوبیتی مستقل از یک سوی سطر به‌سوی دیگر حرکت می‌کند. پژوهشگران برای اندازه‌گیری نرخ درهم‌آمیختگی فرایندهای تله‌پورت را حین تکامل الگوریتم مقایسه‌ کردند و سپس به‌صورت معکوس این کار را انجام دادند. دو فرایند بدون درهم‌آمیختگی همبستگی خود را حفظ کردند؛ اما با پراکنده‌شدن اطلاعاتی که در کیوبیت‌های مشخص رمزنگاری شده‌ بودند، همبستگی محاسبات روبه‌جلو و روبه‌عقب کاهش پیدا کردند. در چنین حالتی، وضعیت اولیه‌ی سامانه تغییر می‌کند و امکان حفظ تله‌پورت وجود ندارد. مونرو می‌گوید:

اگر دو سیاه‌چاله همبسته باشند، اتفاق خاصی رخ نمی‌دهد؛ اما اگر درهم‌آمیختگی وجود داشته باشد، همبستگی برابر با صفر خواهد شد.

به‌پیشنهاد براون و همکاران، می‌توان از مدارهای کوانتومی برای شبیه‌سازی ساده‌ی کرم‌چاله‌ی پیمایش‌پذیر گائو و جفریس و وال استفاده کرد که بتواند کیوبیت را تله‌پورت کند. طبق مدل آن‌ها، هرکدام از دو سیاه‌چاله فقط از چند کیوبیت محدود تشکیل شده‌اند که همبستگی حداکثری با یکدیگر دارند. براساس پروتکل دو سیاه‌چاله، تعامل بین دو گروه از کیوبیت‌ها تعریف می‌شود. گروه کیوبیت‌ها همان کانالی است که طبق نظریه‌ی گائو و همکاران، برای تکمیل فرایند تله‌پورت لازم است.

در مقیاس کوچک و محیط آزمایشگاه، می‌توان سیاه‌چاله‌های همبسته را شبیه‌سازی کرد

طبق شواهد، مجموعه‌ یون‌های موجود در دام الکترومغناطیسی مانند ستاره‌ای فروپاشیده نیستند که نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند. اگر تناظر AdS/CFT صحیح باشد، آزمایش‌های یادشده فراتر از شبیه‌سازی آزمایشگاهی سیاه‌چاله‌ خواهند بود. دو نوع سامانه کاملا هم‌ارز و یون‌های جفت‌شده نیز دقیقا طبق فضای AdS مشابه سیاه‌چاله‌های کوچک هستند. در‌صورتی‌که حدس‌و‌گمان‌های مالداسنا درباره‌ی جهان واقعیت داشته باشند، درک ما درباره‌ی موجودیت اشیاء تغییر خواهد کرد.

اتصال‌های جدید

سوینگل در گفت‌وگویی با مونرو در اکتبر گذشته، مدار کوانتومی کرمچاله‌ی مانند خود را توصیف کرده است. مونرو تأکید می‌کند تیم او از این مدار صرفا برای نمایش درهم‌آمیختگی کوانتومی استفاده کردند. مونرو از فرضیه‌های هایدن و پرسکیل درباره‌ی استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی برای بازیابی اطلاعات سیاه‌چاله آگاه بود. بااین‌حال، وی می‌گوید تیم او مدار را صرفا برای نمایش درهم‌آمیختگی کوانتومی انتخاب کرده و درباره‌ی ارتباط با گرانش چندان جدی فکر نکرده بود.

کریستوفر مونرو

کریستوفر مونرو، فیزیک‌دان دانشگاه مریلند، در حال راه‌اندازی آزمایشگاهی برای پاسخ به پرسش‌های نظریه‌ی اطلاعات کوانتومی.

برای ساخت مدار سوینگل و همکاران او باید پیامدهای آن را بررسی می‌کرد. آیا می‌توان این کار را انجام داد؟ به‌گفته‌ی مونرو، قطعا بله. در این آزمایش، در ابتدا بیتی کوانتومی از اطلاعات وارد دو سامانه‌ی کیوبیتی سیاه‌چاله‌ای در‌هم آمیخته‌ و ناپدید می‌شوند؛ اما پس از مدتی پیش‌بینی‌شدنی، دوباره ظاهر می‌شود و به‌شکل خوانا بازیابی و وارد کرم‌چاله می‌شود. در این فرایند، به‌دلیل جفت‌شدن دو سامانه اطلاعات زیادی منتقل می‌شود. بدین‌ترتیب با وجود درهم‌‌آمیختگی سیاه‌چاله‌ی اول، اطلاعات به‌شکل خوانا ظاهر می‌شود و به رمزگشایی نیازی ندارد.

در این مرحله، می‌توان فقط با مدارهای کوانتومی مدلی ساده از فضازمان را تولید کرد که براساس نظریه‌ی نسبیت عام تعریف می‌شود. مالداسینا دراین‌باره می‌گوید:

اگر هدف رسیدن به فضازمان منطبق با محاسبات اینشتین باشد، ساخت سامانه‌هایی که بتواند چنین فضازمانی تولید کند، در آزمایشگاه کار بسیار دشواری است. هدف پژوهشگران نیز ساخت سامانه‌ای پیچیده است که برخی مشخصه‌های گرانش را داشته باشد و نه تمام آن‌ها را و به‌اندازه‌ی کافی نیز ساده باشد.

اگر نتایج آزمایش‌ها منطبق با پیش‌بینی‌ها باشند، درستی تناظر AdS/CFT ثابت می‌شود؟ پاسخ به این پرسش به دیدگاه تحلیلگر وابسته است. هیچ‌چیز در تحلیل تئوری مدارهای کوانتومی کاملا با نظریه‌ی کوانتومی استاندارد منطبق نیست؛ بلکه بهتر است اتفاقات را به زبان گرانش توصیف کرد. براون می‌گوید:

با اینکه می‌توان همه‌چیز را با معادله‌ی شرودینگر توصیف کرد، تعریف‌های بهتری نیز برای استناد به سیاه‌چاله‌ها وجود دارد.

سوینگل می‌پرسد: هدف فیزیک رسیدن به روشی اقتصادی و استفاده از واقعیتی معنادار به تعریف نیست؟ برای مثال، می‌توان پدیده‌ی ابررسانایی، یکی از پدیده‌های کوانتومی را از دیدگاه توابع موج الکترونی توصیف کرد؛ اما استفاده از تعریف «شبه‌ذره‌ای» برای درنظرگرفتن زوج‌های کوپرالکترون درهم‌تنیده روش بهتری است. بنابراین، وقتی واقعیت این شبه‌ذره‌ها انکار نمی‌شوند؛ چرا باید واقعیت کرم‌چاله‌های کیوبیتی را انکار کرد؟ مونرو معتقد است:

براساس مشاهدات اتمی، می‌توانیم درباره‌ی سیاه‌چاله‌‌ها مطالبی بیاموزیم.

مدل‌های بلندپروازانه‌ای که برای نمایش سامانه‌های چند کیوبیتی به‌کار می‌روند، می‌توانند ویژگی‌های جذابی از فضازمان را نشان دهند. مالداسینا دراین‌باره می‌گوید:

اگر این آزمایش‌ها عملی شوند، امکان ساخت تعداد بیشتری سامانه‌ی درهم‌تنیده و آزمایش ابعاد بیشتری از فضازمان در سامانه‌های کوانتومی وجود دارد.

نظامی می‌افزاید:

آزمایش پیچیده‌ای از این نوع می‌تواند اثباتی تجربی ریاضیات نظریه‌ی رشته‌ای باشد.

سوینگل برای آزمایش‌ها با افراد مختلفی درباره‌ی تطبیق مدارهای درهم‌آمیخته‌ی کوانتومی و آزمایش مستقیم فرضیه‌ها مشورت کرده است؛ اما هنوز به طرح‌های منسجم‌تری نیاز است. دراین‌بین، گفت‌وگوها را هم می‌توان بخشی از مراحل کار قلمداد کرد. درپایان، براون می‌گوید:

در اینجا فیزیک‌دانان تئوری گرانش کوانتومی را داریم که با فیزیک‌دانان اتمی آزمایشگاهی گفت‌وگو می‌کنند. در طول تاریخ، این دو گروه به‌صورت مجزا در فیزیک کار می‌کردند و حالا اتحاد آن‌ها ترکیب جذابی خواهد بود.

منبع quantamagazine

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید