NEW SCIENTIST ⟩ Kvantarvuti tekitas esimest korda aegruumi ussiaugu, millesse visati tükike infot

Füüsikud tekitasid esimest korda kvantarvutiga simulatsiooni aegruumi ussiaugust, kus saab infot ühest otsast sisse saata ja teisest muutumatul kujul välja võtta. Tavainimese jaoks veider katse on aga füüsikas ülioluline, sest proovib lahendada ühe põhilise probleemi Universumi mõistmiseks. Foto: CalTech

• Simulatsioon heidab valgust füüsika kõige tähtsamale lahendamata probleemile

Google´i kvantarvutiga tekitati esimest korda holograafilise «ussiaugu» simulatsioon. Seekord tähistab aga «holograafiline» pigem viisi, kuidas lihtsustada füüsikaprobleeme, mis haarasid katses nii kvantmehaanikat kui gravitatsiooni, mitte hologrammkujutist sõna-sõnalt. Sellised simulatsioonid võivad aidata meil lõpuks mõista, kuidas ühendada mõisted uueks kvantgravitatsiooni teooriaks, mis võib olla kõige raskem, aga ka kõige tähtsam probleem kogu füüsikas.

Nii väga väikest maailma puudutav kvantmehaanika kui ka gravitatsiooni ja väga suuri maailmu kirjeldav üldrelatiivsusteooria on oma valdkondades erakordselt edukad, kuid need kaks põhiteooriat ei sobi omavahel kokku. See sobimatus on eriti ilmne valdkondades, kus peaksid kehtima mõlemad teooriad, näiteks mustade aukude juures.

Holograafia aitabki luua füüsikutel nende tohutult keeruliste alade ekvivalendi sarnaselt sellele, kuidas kahemõõtmeline ehk 2D-hologramm suudab näidata kolmemõõtmelisi asju. Maria Spiropulu California Tehnoloogiainstituudist ja tema kolleegid kasutasid Google´i Sycamore´i kvantarvutit, et simuleerida holograafilist ussiauku – tunnelit läbi aegruumi, mille mõlemas otsas on mustad augud. Nad simuleerisid just teatud tüüpi ussiauku, mille kaudu on võimalik sõnumit edastada vähemalt teoreetiliselt ning uurisid protsessi, mille abil info võiks selle ulmelise teekonna läbida.

«Päris» aegruumi ussiaugus vahendaks andmete teekonda suuresti gravitatsioon, kuid holograafiline ussiauk kasutab selle asemel hoopis kvant-efekte, eemaldades võrrandist relatiivsuse. Seega kui saadame sõnumi läbi ussiaugu, läbib see nii-öelda kvant-teleportatsiooni ehk protsessi, mille käigus saab kvantoleku kohta infot saata kahe kauge, kuid kvantpõimunud osakese vahel. Selle simulatsiooni jaoks oli «sõnumiks» signaal, mis sisaldas kvantolekut - kvantbitti, mis on korraga nii «1» kui ka «0» ehk niinimetatud superpositsioonis (Vt lähemalt Nature, doi.org/jn5v).

«Signaal läheb edastamisel segamini, muutub kaoseks ja siis pannakse see uuesti teisel pool ussiauku kokku ja tundub laitmatu,» selgitab Spiropulu kvantteleportatsiooni mõtet. «Isegi meie pisikeses süsteemis saaksime me jälgida ussiaugus just seda, mida ootame sealt väljuvat.» Selline olukord tekib kahe musta augu vahelise kvant-takerdumise tõttu, mis lubabki ussiaugu ühest otsast sisse minevat infot teises otsas taastada.

Simulatsioonis kasutati ainult üheksat kvantbitti ehk qubitti, seega oli tegemist väga madala eraldusvõimega katsega, nagu väga kaugelt tehtud linnupilt, mida tuli hoolikalt töödelda. «Kui soovida näha seda ussiauku, siis on siin mitmeid paralleelseid võimalusi, kindlasti on siin ka tõlgendamise küsimusi,» ütleb Adam Brown California Stanfordi ülikoolist.

Võimsama kvantarvuti kasutamine võib aidata füüsika jaoks kõige põhilisema probleemi paremini fookusesse tuua. «See oli siiski lihtsalt väike ussiauk aegruumis, kõige esimene samm kvantgravitatsiooni teooriate testimiseks,» lisab Spiropulu.

Algselt populaarteaduslikus ajakirjas New Scientist avaldatud artikkel ilmub Postimehes väljaande loal. Inglise keelest tõlkis Kaido Einama.