Dünyamızda rol oynayan en temel güçlerin çoğunun tam olarak anlaşılmasının kaygan olduğu kanıtlanmıştır. Aralarında Bilim Fizik Bölümünden Daniel Jafferis ve Caltech’ten akranlarının da bulunduğu bir grup araştırmacı tarafından yapılan yeni bir deney, evreni şekillendiren yerçekimi ile evreni yöneten teorik çerçeve olan kuantum mekaniği arasındaki ilişkiye dair görüşümüzü ilerletmede küçük bir adımı temsil ediyor. atom altı parçacıkların hareketi ve etkileşimi.
100 yılı aşkın bir süredir yerçekiminin ortak tanımı, Albert Einstein’ın genel görelilik teorisinden kaynaklanmıştır – yerçekimi uzay-zamanın eğriliği ile ilgilidir. Son 25 yılda bilim adamları yerçekimi ile kuantum mekaniği arasında yakın bir bağlantı olduğunu keşfettiler. Bu bağlantılar arasında, Einstein’ın 1935’te uzay-zamanda iki kara deliği birbirine bağlayabilen geçitler olarak tanımladığı uzay köprüleri veya tünelleri olarak da bilinen solucan delikleri vardır.
Jafferis’in ekibi, solucan deliği dinamiklerini anlamak için ilk kez mevcut kuantum hesaplamaya dayalı bir deney gerçekleştirdi. Jafferis, “Olağanüstü derecede küçük bir solucan deliğinin kuantum simülasyonu” dedi. “Bundan önce, şu an sahip olduğumuz cihazlarla bunu yapıp yapamayacağımız belli değildi.” Araştırma Nature’da yayınlandı.
Einstein’ın genel görelilik teorisi, solucan deliklerini, içleri birleştirilmiş, her iki taraftan bir şeyin atlayabileceği, ortada buluşabileceği, ancak hiçbirinin tekrar çıkamayacağı iki kara delik olarak tanımladı – bir kara deliğin meşhur tuzağı.
Jafferis, “Solucan deliği iç kısımlarının birleştirilmesi 1930’lardan kalma güzel bir fikir, ancak bu kavramın işlevsel olarak anlamlı bir ifade olup olmadığı bilinmiyor” dedi. “Fakat artık solucan deliği konfigürasyonunun gerçekten de fiziksel bir yorumu olduğunu biliyoruz; oldukça dolanık bir uzayda iki ayrı kara deliğe karşılık gelir.”
Son yıllarda bilim adamları, kuantum durumlarının dolaşıklıklarını kontrollü bir şekilde manipüle edebilecekleri simülasyonlar yaratmak için kuantum bilgisayarları gibi fiziksel cihazlar geliştirdiler. Jafferis’in ekibi, bir solucan deliğinin yerçekimi özelliklerini taklit edecek basitleştirilmiş bir model yaratıp yaratamayacaklarını görmek istedi. Bir solucan deliğinden bir şey gönderiyormuş gibi görünecek şekilde, uzay dolaşıklık modelinin yapısal olarak doğru türde olduğu bir kuantum sistemi yapabilirler mi?
Laboratuar deneylerinde, araştırmacılar iki taraf arasında bir bağlantı kurarak solucan deliğini geçilebilir hale getirdiler. Sinyaller bir taraftan gönderilebilir ve diğer taraftan gelebilir, belki hızlı değil ama takılmadan. Kuantum dilinde buna “kuantum ışınlanma” denir, paylaşılan dolaşıklığı kullanarak kuantum bilgisi göndermenin bir yolu. Jafferis, “Bilgi doğrudan sinyal yoluyla değil, dolaşıklığı kullanan daha incelikli bir yolla gönderilir” diye ekledi.
Ekip, cihazlarının bir alanında kuantum uzayının en basit türü olan bir kübit ile başladı. Diğer kübitleri, toplam dokuz kübit olmak üzere bilgisayar içindeki başka bir sabit dolaşık alanda serbest bıraktılar. İki boşluk daha sonra kuantum bilgisayarın kapı işlemleri kullanılarak karıştırıldı.
Ardından, gelişen sistemi belirli dinamiklere göre yorumlayan veri işlemlerini kullandılar. Son adım, bilgisayarın diğer tarafına ulaştığında kübite bakmaktı. Jafferis, “Gönderdiğimizle aynı olup olmadığını veya farklı görünüp görünmediğini sorduk” dedi. “Solucan deliği dinamiklerini simüle edip edemeyeceğimizi görmek için yaratabileceğimiz en basit kuantum devresiydi.”
Ekibin nihai hedefi, kuantum sistemlerinin yerçekimsel tanımıyla ilgili tüm detayları öğrenmektir. Jafferis, “Bunun sınırlı durumlarda teorik matematik yoluyla nasıl çalıştığını biliyoruz, ancak tüm cevapları bilmiyoruz” dedi. “Bu çok küçük kuantum sistemini kullanarak, daha fazlasını keşfedebileceğimiz daha büyük sistemler yapmaya yönelik ilk adım olarak görüyoruz.”
Bu araştırma, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi tarafından finanse edildi.
100 yılı aşkın bir süredir yerçekiminin ortak tanımı, Albert Einstein’ın genel görelilik teorisinden kaynaklanmıştır – yerçekimi uzay-zamanın eğriliği ile ilgilidir. Son 25 yılda bilim adamları yerçekimi ile kuantum mekaniği arasında yakın bir bağlantı olduğunu keşfettiler. Bu bağlantılar arasında, Einstein’ın 1935’te uzay-zamanda iki kara deliği birbirine bağlayabilen geçitler olarak tanımladığı uzay köprüleri veya tünelleri olarak da bilinen solucan delikleri vardır.
Jafferis’in ekibi, solucan deliği dinamiklerini anlamak için ilk kez mevcut kuantum hesaplamaya dayalı bir deney gerçekleştirdi. Jafferis, “Olağanüstü derecede küçük bir solucan deliğinin kuantum simülasyonu” dedi. “Bundan önce, şu an sahip olduğumuz cihazlarla bunu yapıp yapamayacağımız belli değildi.” Araştırma Nature’da yayınlandı.
Einstein’ın genel görelilik teorisi, solucan deliklerini, içleri birleştirilmiş, her iki taraftan bir şeyin atlayabileceği, ortada buluşabileceği, ancak hiçbirinin tekrar çıkamayacağı iki kara delik olarak tanımladı – bir kara deliğin meşhur tuzağı.
Jafferis, “Solucan deliği iç kısımlarının birleştirilmesi 1930’lardan kalma güzel bir fikir, ancak bu kavramın işlevsel olarak anlamlı bir ifade olup olmadığı bilinmiyor” dedi. “Fakat artık solucan deliği konfigürasyonunun gerçekten de fiziksel bir yorumu olduğunu biliyoruz; oldukça dolanık bir uzayda iki ayrı kara deliğe karşılık gelir.”
Son yıllarda bilim adamları, kuantum durumlarının dolaşıklıklarını kontrollü bir şekilde manipüle edebilecekleri simülasyonlar yaratmak için kuantum bilgisayarları gibi fiziksel cihazlar geliştirdiler. Jafferis’in ekibi, bir solucan deliğinin yerçekimi özelliklerini taklit edecek basitleştirilmiş bir model yaratıp yaratamayacaklarını görmek istedi. Bir solucan deliğinden bir şey gönderiyormuş gibi görünecek şekilde, uzay dolaşıklık modelinin yapısal olarak doğru türde olduğu bir kuantum sistemi yapabilirler mi?
Laboratuar deneylerinde, araştırmacılar iki taraf arasında bir bağlantı kurarak solucan deliğini geçilebilir hale getirdiler. Sinyaller bir taraftan gönderilebilir ve diğer taraftan gelebilir, belki hızlı değil ama takılmadan. Kuantum dilinde buna “kuantum ışınlanma” denir, paylaşılan dolaşıklığı kullanarak kuantum bilgisi göndermenin bir yolu. Jafferis, “Bilgi doğrudan sinyal yoluyla değil, dolaşıklığı kullanan daha incelikli bir yolla gönderilir” diye ekledi.
Ekip, cihazlarının bir alanında kuantum uzayının en basit türü olan bir kübit ile başladı. Diğer kübitleri, toplam dokuz kübit olmak üzere bilgisayar içindeki başka bir sabit dolaşık alanda serbest bıraktılar. İki boşluk daha sonra kuantum bilgisayarın kapı işlemleri kullanılarak karıştırıldı.
Ardından, gelişen sistemi belirli dinamiklere göre yorumlayan veri işlemlerini kullandılar. Son adım, bilgisayarın diğer tarafına ulaştığında kübite bakmaktı. Jafferis, “Gönderdiğimizle aynı olup olmadığını veya farklı görünüp görünmediğini sorduk” dedi. “Solucan deliği dinamiklerini simüle edip edemeyeceğimizi görmek için yaratabileceğimiz en basit kuantum devresiydi.”
Ekibin nihai hedefi, kuantum sistemlerinin yerçekimsel tanımıyla ilgili tüm detayları öğrenmektir. Jafferis, “Bunun sınırlı durumlarda teorik matematik yoluyla nasıl çalıştığını biliyoruz, ancak tüm cevapları bilmiyoruz” dedi. “Bu çok küçük kuantum sistemini kullanarak, daha fazlasını keşfedebileceğimiz daha büyük sistemler yapmaya yönelik ilk adım olarak görüyoruz.”
Bu araştırma, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi tarafından finanse edildi.