Ինչպե՞ս են քվանտային ցանցերը բացում տարածություն-ժամանակի ուսումնասիրության ճանապարհը

Սեղմեք ԱՅՍՏԵՂ, լրացրեք օնլայն հայտը և մոռացեք հոսանքի վարձի մասին

Իլինոյսի և Հարվարդի համալսարանների գիտնականները մշակել են նորարարական փորձի հայեցակարգ, որը կարող է առաջին անգամ փորձարկել քվանտային մեխանիկայի և գրավիտացիայի փոխազդեցությունը: Նրանց հետազոտությունը, որը հրապարակվել է «PRX Quantum» ամսագրում, ցույց է տալիս, որ քվանտային ինտերնետի համար ստեղծված քվանտային ցանցերը կարող են դառնալ բնության հիմնարար օրենքների ուսումնասիրման գործիք: Փորձը խոստանում է բացահայտել, թե ինչպես է քվանտային մեխանիկան աշխատում Էյնշտեյնի ընդհանուր հարաբերականության տեսությամբ կանխատեսված տարածություն-ժամանակի կորության պայմաններում:

Քվանտային ցանցեր՝ ինտերնետից մինչև ֆիզիկա

Քվանտային ցանցերը տեխնոլոգիա են, որոնք հնարավորություն են տալիս տեղեկատվություն փոխանցել քվանտային համակարգիչների միջև՝ օգտագործելով խճճված մասնիկներ: Այդպիսի մասնիկները, գտնվելով քվանտային կապի մեջ, ապահովում են տվյալների գերապահով փոխանցում և բաշխված քվանտային հաշվարկների հնարավորություններ: Սակայն նոր հետազոտությունը ցույց է տալիս, որ այդ ցանցերը կարող են ավելին անել. դրանք կարող են օգնել ուսումնասիրել քվանտային ֆիզիկայի և գրավիտացիայի փոխազդեցությունը՝ ժամանակակից գիտության հիմնական առեղծվածներից մեկը:

Ինչպես նշել է հետազոտության հեղինակներից մեկը՝ Իգոր Պիկովսկին, «քվանտային ֆիզիկայի և գրավիտացիայի փոխազդեցությունը մնում է չլուծված խնդիր: Մեր առաջարկը առաջին իրական հնարավորությունն է փորձարարական կերպով ստուգելու նրանց կապը»:

Փորձի գաղափարը

Հայեցակարգի հիմքում ընկած է քվանտային ցանցով կապված ատոմային ժամացույցների օգտագործումը: Այդ ժամացույցները կարող են բերվել սուպերպոզիցիայի վիճակի, երբ դրանք միաժամանակ գտնվում են մի քանի քվանտային վիճակներում: Ըստ ընդհանուր հարաբերականության տեսության՝ ժամանակը ավելի դանդաղ է հոսում զանգվածեղ օբյեկտների մոտ, օրինակ՝ մոլորակների, տարածություն-ժամանակի կորության պատճառով: Եթե քվանտային ժամացույցները տեղակայվեն գրավիտացիոն դաշտի տարբեր կետերում, դրանք կզգան ժամանակի տարբեր «տեմպեր», ինչը կարտացոլվի նրանց քվանտային վիճակում:

Այս մոտեցումը թույլ կտա գիտնականներին գրանցել, թե ինչպես է գրավիտացիան ազդում քվանտային գործընթացների վրա: Օրինակ, եթե ցանցում խճճված մասնիկները հայտնվեն տարբեր գրավիտացիոն ուժերով տարածքներում, նրանց քվանտային հատկությունները, ինչպիսիք են խճճվածությունը կամ սուպերպոզիցիան, կարող են փոփոխվել: Սա հնարավորություն կտա ստուգել, թե արդյոք քվանտային մեխանիկայի օրենքները պահպանվում են տարածություն-ժամանակի կորության պայմաններում:

Տեխնոլոգիական հիմք

Փորձի իրականացման համար գիտնականներն առաջարկում են օգտագործել առաջադեմ քվանտային տեխնոլոգիաներ, ներառյալ՝

• Քվանտային տելեպորտացիա. քվանտային տեղեկատվության փոխանցման մեթոդ ցանցի հեռավոր հանգույցների միջև:
• Ատոմների խճճված վիճակներ. քվանտային մակարդակով կապված մասնիկների զույգերի ստեղծում՝ նրանց վիճակի փոփոխությունները չափելու համար:
• Բարձր ճշգրտության ատոմային ժամացույցներ. սարքեր, որոնք ընդունակ են գրանցելու ժամանակի մանրագույն փոփոխությունները գրավիտացիայի ազդեցության տակ:

Այս տեխնոլոգիաներն արդեն ակտիվորեն զարգանում են քվանտային ինտերնետի համար, սակայն դրանց կիրառումը հիմնարար ֆիզիկայում կարող է դառնալ հեղափոխական քայլ:

Հետազոտության նշանակությունը

Փորձը ներուժ ունի պատասխանելու հարցին, թե արդյոք քվանտային մեխանիկայի օրենքներն աշխատում են տարածություն-ժամանակի կորության պայմաններում: «Մենք սովոր ենք համարել, որ քվանտային մեխանիկան ունիվերսալ է, — բացատրել է Պիկովսկին, — բայց մենք չունենք ուղղակի ապացույցներ դրա կիրառելիության մասին գրավիտացիոն դաշտերում: Այժմ մենք կարող ենք դա ստուգել»:

Եթե փորձը ցույց տա քվանտային համակարգերի սպասված վարքագծից շեղումներ, դա կարող է վկայել գոյություն ունեցող տեսությունների վերանայման կամ նույնիսկ նոր ֆիզիկական օրենքների գոյության մասին: Հեռանկարում դա կմոտեցնի գիտնականներին միասնական տեսության ստեղծմանը, որը կմիավորի քվանտային մեխանիկան և գրավիտացիան:

Հեռանկարներ

Փորձի իրականացման համար անհրաժեշտ կլինի քվանտային ցանցերի և բարձր ճշգրտության չափիչ տեխնոլոգիաների հետագա զարգացում: Առաջիկա տարիներին նման նախագծեր, ինչպիսիք են DARPA-ի քվանտային ինտերնետը ԱՄՆ-ում և եվրոպական Quantum Internet Alliance-ը, կարող են ապահովել անհրաժեշտ ենթակառուցվածք և տվյալներ: Բացի այդ, արբանյակային փորձերը, ինչպիսին է չինական Micius-ը, արդեն ցույց են տվել քվանտային տեղեկատվության մեծ հեռավորությունների վրա փոխանցման հնարավորությունը, ինչը կարող է օգտագործվել գրավիտացիոն էֆեկտների փորձարկման համար:

Եզրակացություն

Նոր հետազոտությունը բացում է քվանտային մեխանիկայի և գրավիտացիայի փոխազդեցության փորձարարական ստուգման ճանապարհը՝ օգտագործելով քվանտային ցանցեր: Այս մոտեցումը ոչ միայն ընդլայնում է ապագայի տեխնոլոգիաների հնարավորությունները, ինչպիսին է քվանտային ինտերնետը, այլև խոստանում է խորացնել Տիեզերքի բնույթի մասին մեր ընկալումը: Եթե փորձը հաջողվի, այն կարող է դառնալ առաջին քայլը դեպի ֆիզիկայի երկու հիմնարար տեսությունների միավորում՝ փոխելով մեր պատկերացումները իրականության մասին:

Հետևեք մեզ՝ այստեղ