Квантовое сотрудничество ученых добавляет новую тяжесть к загадкам Вселенной

Ученые использовали новейшие исследования в квантовых вычислениях и квантовых технологиях, чтобы разработать радикально новый подход к определению того, как наша Вселенная работает на самом фундаментальном уровне.

Об этом рассказывают в Ноттингемском университете (Великобритания).

Международная группа экспертов, возглавляемая указанным вузом, продемонстрировала, что для создания определенного информационного компонента, необходимого для квантовых вычислений, может быть использована только квантовая, а не классическая гравитация. Их исследования "Негауссиальность как признак квантовой теории гравитации" было опубликовано в журнале "PRX Quantum" 17 февраля.

Доктор Ричард Хоул, руководивший исследованием во время работы в Школе математики Ноттингемского университета, сказал: «Больше ста лет физики пытались определить, как две основополагающие теории науки, квантовая теория и общая теория относительности, которые в соответствии описывают микроскопические и макроскопические явления, унифицированы в единую всеобъемлющую теорию природы.

За это время они выработали два принципиально противоположных подхода, которые называются «квантовая гравитация» и «классическая гравитация». Однако полное отсутствие экспериментальных доказательств означает, что физики не знают, какой подход на самом деле применяет комплексная теория, и наше исследование предлагает экспериментальный подход к решению этого вопроса».

Это новое исследование, которое представляет собой сотрудничество между экспертами из квантовых вычислений, квантовой гравитации и квантовых экспериментов, выявило неожиданную связь между полями квантовых вычислений и квантовой гравитацией и использует это, чтобы предложить способ экспериментально проверить, что существует квантовая, а не классическая гравитация.

Предлагаемый эксперимент предусматривал бы охлаждение миллиардов атомов в сферической ловушке миллиметрового размера до чрезвычайно низких температур, в результате чего они переходят в новую фазу вещества, которая называется конденсатом Бозе-Эйнштейна, и начинают вести себя как один большой квантовый атом. Затем к этому "атому" прикладывают магнитное поле, чтобы он чувствовал только собственно гравитационное притяжение. При этом, если единичный гравитационный атом продемонстрирует ключевой ингредиент, необходимый для квантовых вычислений, который интересно связан с "отрицательной вероятностью", природа должна принять подход квантовой гравитации.

Этот предложенный эксперимент использует современные технологии, включая только одну квантовую систему, гравитационный "атом", и не полагается на предположение о локальности взаимодействия, что делает его проще, чем предыдущие подходы, и, возможно, способствует проведению первого экспериментального теста квантовой гравитации. Тогда физики, после более чем ста лет исследований, наконец получили бы информацию о настоящей всеобъемлющей, фундаментальной теории природы.

Доктор Мариос Христодулоу, из Гонконгского университета, который был участником сотрудничества, добавил: «Это исследование является особенно захватывающим, поскольку предложенный эксперимент также сочетался бы с более философской идеей о том, что Вселенная ведет себя как огромный квантовый компьютер, который вычисляет сам себя, демонстрируя, что квантовые колебания пространства-времени является огромным природным ресурсом для квантовых вычислений».

Исследование объединило физиков-экспериментаторов и теоретиков по различным дисциплинам и из международных исследовательских учреждений. Другие авторы: Ричард Хаул, Влатко Ведрал (Оксфорд и Сингапур), Деванг Найк (CNRS, Бордо), Мариос Христодоулу (Гонконг и Оксфорд), Карло Ровелли (Марсель) и Адити Айер (Оксфорд).