محاكاة ثقب-دودى على الحاسوب الكمومى لغوغل

 فى تجربة جديدة نشرت على مجلة Nature تمت محاكاة ثقب-دودى wormhole على حاسوب كمومى quantum computer باستخدام نظرية كمومية تعرف باسم نموذج ساشداف Sachdev و ييه Ye و كايتاف Kitaev او نموذج ال SYK اختصارا.

الحاسوب الكمومى الذى استخدم فى التجربة هو اقوى حاسوب كمومى موجود اليوم وهو تابع الى غوغل وبالضبط  الى مختبرهم  فى الذكاء الاصطناعى الكمومى . هذا الحاسوب الكمومى  يستخدم حوال 50 بت كمومى quantum bits.

الثقب-الدودى هو نفق قى الفضاء-زمن يربط بين نقطتين قد تبعدان عن بعضهما البعض بملايين السنوات الضوئية.

بعبارة ادق الثقب-الدودى هو عبارة عن ثقبين اسودين مرتبطين ببعهضما البعض.

هذه التجربة هى اول مثال نظرى-تجربى عن تخمينية ال ER=EPR.

تذكروا ال ER هو الثقب-دودى اينتشاين Einstein و روزن Rosen.

اما ال EPR فهو التشابك الكمومى اينشتاين Einstein و بودولسكى Podolsky و روزن Rosen.

اذن ال ER=EPR تعنى ان التشابكات الكمومية بين مجموعيتن من الجسيمات قد تبعدان عن بعضهما البعض بملايين السنوات الضوئية هو مكافئى الى ثقب-دودى يربط بين المجموعتين.

ال ER=EPR تعنى بكل بساطة ان النسبية العامة هى ليست الا ميكانيك كمومى لا اقل و لا اكثر.

ال ER=EPR هى ذات علاقة متينة بالهولوغرافيا holography و الثنائية الثقالية-المعيارية gauge-gravity duality و التقابل بين فضاءات-زمن دى سيتر الضدية anti-de Sitter spacetime و نظريات الحقول الكونفورمال conformal field theory التى تعرف اختصارا ب التقابل AdS/CFT.

نموذج ال SYK الذى استخدم فى التجربة يلعب دور  نظرية الحقل الكونفورمال اى النظرية المعيارية اى ال EPR.

و نموذج ال SYK هو نموذج شهير من  فيزياء المادة المكثفة condensed matter يستخدم فى وصف المعادن الغريبة strange metals لكنه اشتهر منذ ستة سنوات فى نظريات الاوتار string theory و نظريات  المعلومات information theory على يد كايتاف Kitaev الذى بين انه ثنوى dual اى مكافئ الى نظرية الثقالة الديلاتونية dilaton gravity فى بعدين و بالخصوص فهو مكافئى الى ثقب اسود فى فضاء-زمن دى سيتر الضدى ببعدين AdS2.

نموذج ال SYK هو نموذج تنسورى tensor تسيطر عليه مخططات فايمان البطيخة  melon عكس النماذج الشعاعية vector (مثل نموذج ايزينغ Ising و نموذج هايزنبرغ Heisenberg) الذى تسيطر عليه مخططات فايمان الفقاعة bubble و ايضا عكس النماذج المصفوفية matrix (مثل نموذج يانغ Yang و ميلز Mills المعيارى) الذى تسيطر عليه مخططات فايمان المستوية planar  كل هذا فى النهاية N يذهب الى مالانهاية حيث N هو عدد الحقول.

اهم نقطة هنا يجب تذكرها ان نموذج ساشداف -ييه- كايتاف او نموذج ال SYK هو ثنوى (مكافئ) لثقب اسود فى بعدين AdS2.

اذن حتى نحصل على ثقب-دودى علينا وضع نموذجى SYK معا بشكل معين بحيث ان الاقتران بين نظريتى ال SYK تحاكى الاقتران بين الثقبين الاسودين AdS2 الذى يعطى ثقب-دودى هولوغرافى.

كل نموذج SYK من هذين النموذجين فى هذه التجربة هو فى الحقيقة  نظرية كمومية و بالتالى فانه بعبر عنه بمجموعة من الكيوبيتات qubits (مفردها كيبوت qubit أو البت الكمومى quantum bit وهو وحدة المعلومة الكمومية).

الآن نصل الى نظرية المعلومات حيث انه تم تطوير بروتوكول protocol جديد يسمح بالنقل-البعيد الكمومى quantum teleportation لاى كيوبت من احد نموذجى ال SYK فى التجربة الى نموذج ال SYK الآخر.

هذا البروتوكول  من وجهة نظر النظرية الثقالية يكافئ ارسال اشارة من احد فتحتى الثقب-الدودى الى الفتحة الاخرى.

اذن لدينا ثقب-دودى قابل-للعبور traversable wormehole وهذا فى حد ذاته انجاز هائل.