Создание проходимой червоточины с помощью квантового компьютера

5 июня 2026 г.

Создание проходимой червоточины с помощью квантового компьютера

 

Кротовые норы — морщинки на ткани пространственно-временного континуума, соединяющие два места, — кажутся чем-то из научной фантастики. Независимо от того, существуют они или нет, изучение этих гипотетических объектов может стать ключом в установлении связи между информацией и материей — загадкой, не дающей покоя физикам уже много лет.

Как ни странно, квантовый компьютер — идеальная платформа для изучения этой связи. Хитрость в том, чтобы использовать АдС/КТП-соответствие, устанавливающее эквивалентность между теорией, описывающей гравитацию и пространство-время (и кротовые норы) в воображаемом мире с помощью специальной геометрии (АдС), и квантовой теорией, вообще не говорящей о гравитации (КТП).

В статье «Динамика проходимой кротовой норы на квантовом процессоре», опубликованной в журнале Nature, мы сообщаем о сотрудничестве с учёными Калтеха, Гарварда, MIT и Фермилаба в области симуляции конформной теории поля на процессоре Google Sycamore. С помощью данного процессора нам удалось применить АдС/КТП соответствие для изучения динамики квантовой системы, аналогичной кротовой норе в гравитационной модели. Google Sycamore — один из первых процессоров, обладающих достаточной точностью для проведения такого эксперимента.

Предыстория: It from Qubit

АдС/КТП-соответствие открыли в результате ряда исследований, проводившихся с целью ответа на вопрос о том, какое максимальное количество информации может поместиться в отдельную область пространства. Если спросить инженера о том, сколько информации может теоретически поместиться в центре обработки данных, он, скорее всего, скажет, что ответ зависит от числа и типа расположенных в нём микросхем памяти. Как ни странно, содержимое ЦОДа в конечном счёте несущественно. Если в центр обработки данных вмещать всё больше и больше микросхем памяти с увеличивающейся плотностью электронных компонентов, рано или поздно он превратится в чёрную дыру и исчезнет за горизонтом событий.

Когда физики, такие как Яков Бекенштейн и Стивен Хокинг, пытались вычислить количество информации в чёрной дыре, они удивились, обнаружив, что оно определяется поверхностью горизонта событий, а не объёмом чёрной дыры. Информация внутри чёрной дыры как будто написана на горизонте событий. Если быть точнее, то чёрная дыра с горизонтом событий, в который можно поместить A крошечных единиц измерения площади (каждая единица, так называемая Планковская площадь, имеет размер 2.6121*10-70 м2), может вместить максимум A/4 битов информации. Это ограничение называют пределом Бекенштейна.

Открытие пропорциональности максимального количества информации, которое может поместиться в область пространства, не её объёму, а площади поверхности границы области указало на интересную взаимосвязь между квантовой информацией и трёхмерным миром, с которым мы имеем дело каждый день. Эта связь воплощена во фразе «It from qubit», описывающей, как материя («it») возникает из квантовой информации («qubit»).

Несмотря на то что формализовать такие отношения для обычного пространства-времени непросто, недавние исследования привели к значительному прогрессу в формализации для гипотетической Вселенной с гиперболической геометрией, также называемой «пространство анти-де Ситтера». В такой Вселенной теория квантовой гравитации строится более естественно, [чем в нашей]. В пространстве анти-де Ситтера объём пространства с действующей в нём гравитацией можно описать как [объём], закодированный на границе, окружающей этот объём. Любой объект внутри него обладает соответствующим описанием на границе, и наоборот. Такое соответствие называют голографическим принципом. Это общий принцип, вдохновлённый исследованиями Хокинга и Бекенштейна.