Обоснование этой идеи исходит из нескольких более ранних открытий физиков, таких как работа Шинсея Рю в 2006 году и Тадаси Такаянаги, показывающая связь между запутанностью и геометрией пространства-времени.
Основываясь на этой работе, в 2013 году Хуан Малдацена и Леонард Сасскинд обнаружили, что если бы две черные дыры запутались, то они создали бы червоточину - короткий путь, предсказанный общей относительностью. Это открытие (получившее прозвище ER=EPR, в честь сокращения от физиков о червоточинах и запутанности) и другие подобные открытия, на удивление указывают на то, что запутанность, которая, как считалось, не связана с физическими связями, может привести к созданию структур в пространстве-времени.
Чтобы понять, как запутанность может привести к возникновению пространства-времени, физики в первую очередь должны лучше понять, как работает запутанность. Феномен казался "жутким", по словам Альберта Эйнштейна, с тех пор, как он и его сотрудники предсказали это в 1935 году. В последнее время ученые изучают различные виды запутанности, которые могут существовать. Например, обычное сплетение подразумевает связывание одной характеристики (например, спина частицы) в несколько частиц одного и того же типа, разбросанных в пространстве. Но вместо этого можно перепутать несколько частиц определенного типа в одном месте с частицами другого типа в одном и том же месте.
"Это не запутывание в пространстве",
- говорит Баласубраманиан.
"Я понял, что существуют и другие формы запутывания, которые оказываются актуальными для этого проекта реконструкции пространственно-временного условного запутывания".
Ученые также сталкиваются с запутанной сложностью спутывания большего количества частиц.
Как только динамика спутывания станет яснее, ученые надеются понять, как возникает пространство-время, точно так же, как микроскопические движения атомов в воздухе порождают сложные закономерности термодинамики и погоды.
"Это возникающее явление - когда вы что-то увеличиваете, вы видите другую картину, о которой вы не знали бы, возникает из-за меньшей динамики",
- говорит Энгельхардт.
"Это одна из самых увлекательных вещей, потому что мы не понимаем фундаментальной квантовой динамики, из которой возникает пространство-время".
Космические голограммы
Главной целью всей этой работы является, наконец, достижение теории, описывающей гравитацию с квантовой точки зрения. Однако физики, преследующие эту цель, на протяжении столетий, и даже сам Эйнштейн упорно, безуспешно до самой смерти, занимались этой теорией. Ученые из "It" Кубита опираются на идею, известную как голографический принцип, чтобы помочь им.
Этот принцип предполагает, что некоторые физические теории эквивалентны более простым теориям, которые работают в низкоразмерной вселенной, точно так же, как 2D открытка с голограммой единорога, на ней может содержать всю информацию, необходимую для описания и изображения 3D формы единорога. Поскольку найти рабочую теорию квантовой гравитации настолько сложно, что физики могли бы стремиться к открытию эквивалентной, легкой в работе теории, которая работает во вселенной с меньшими размерами, чем наша.
Одним из наиболее успешных воплощений голографического принципа является открытие, известное как соответствие AdS/CFT, найденное Малдаценой в 1997 году в рамках теории струн. Теория струн, сама по себе являющаяся попыткой теории квантовой гравитации, заменяет все фундаментальные частицы природы крошечными вибрирующими струнами. В соответствии с AdS/CFT Малдацена показал, что черную дыру можно полностью описать только описанием того, что происходит на ее поверхности. Другими словами, физика внутренней - 3D "массы" - идеально соответствует физике внешней - 2D "границы".
AdS/CFT может позволить физикам открыть теорию, эквивалентную квантовой гравитации, достичь все тех же целей и может описать все те же физические свойства, но с этим гораздо легче работать, полностью отказавшись от гравитации.
"Теории с гравитацией очень трудно получить квантовое описание, в то время как теории, в которых нет гравитации, гораздо легче описать полностью",
- говорит Баласубраманиан.
"Но как, можно спросить, может теория, в которой отсутствует гравитация, быть теорией "квантовой гравитации"? "
Возможно, то, что мы думаем о гравитации и пространстве-времени, - это просто еще один способ взглянуть на конечный продукт сплетения, другими словами, сплетение может каким-то образом закодировать информацию из трехмерного массива в биты, хранящиеся на границе двухмерного массива.
"Это очень захватывающее направление",
- добавляет он.
За последние 20 лет ученые обнаружили, что двухмерная теория может описывать трехмерную ситуацию, но они не до конца понимают, почему.
"Мы знаем, что эти две теории двойственны, но не совсем ясно, что заставляет работать двойственность",
- говорит Свингл.
"Один выход [из IfQ], на который вы могли бы надеяться, является теорией того, как возникают эти дуальности. Это то, что, я думаю, определенно может произойти и произойдет в результате этого сотрудничества или, по крайней мере, значительного прогресса в этом направлении".
В этом может помочь квантовая теория информации, так как оказывается, что в AdS/CFT корреспонденции может работать знакомая из этого поля концепция - коды квантовой коррекции ошибок. В квантовых компьютерах квантовые коды коррекции ошибок - это метод, разработанный учеными, чтобы помочь защитить информацию от потери, если нарушается связь между какими-либо определенными битами. Вместо того, чтобы использовать отдельные биты для кодирования информации, квантовые компьютеры используют сильно запутанные состояния нескольких битов для каждого бита, так что одна ошибка не может повлиять на общий бит.
"Существует основополагающая математическая структура, которая кажется общей для кодов коррекции ошибок и AdS/CFT",
- говорит ученый в области квантовой информации Дорит Ахаронов, главный исследователь IfQ в Еврейском университете Иерусалима. В компьютерах, где для исправления ошибок используется избыточность, но в AdS/CFT она может кодировать большую часть физики в запутанное состояние на границе.
"Очень интригующе то, что вы находите квантовые коды коррекции ошибок внутри чёрных дыр",
- говорит она.
"С чего бы это? Эти связи просто завораживают".
Продолжение следует.
