Les trous de ver peuvent ressembler à quelque chose qui appartient à un Star Trek épisode plutôt qu’un document de recherche, mais les scientifiques viennent d’en simuler un sur Google Ordinateur quantique Sycamore. Le résultat suggère que ces dispositifs pourraient être utilisés pour tester des théories physiques fondamentales.

La possibilité de trous de ver a été décrite pour la première fois dans un article de 1935 par Albert EinsteJen et Nathan Rosen. En termes généraux, ils décriventd Un pont dans l’espace-temps qui relie deux trous noirs dans différents endroits. Science Fiction Les spectacles ont souvent représenté lePonts SE comme un moyen de voyager rapidement d’un endroit à un autre en pilotant un vaisseau spatial à une extrémité et en sortant de l’autre.

Dans l’univers réel, cependant, les trous de ver ne sont généralement pas traversables et s’effondreront rapidement si quelque chose tente de passer. Mais tVoici quelques théories qui suggèrent que des phénomènes exotiques tels que la matière à énergie négative pourraient aider à ouvrir un trou de ver assez longtemps pour permettre à quelque chose de passer.

Étant donné que nous n’avons jamais rencontré de trou de ver réel, ces idées sont difficiles à tester expérimentalement. Mais maintenant, les chercheurs ont montré qu’ils peuvent utiliser un processeur quantique pour simuler des aspects clés de ce type de trou de ver traversable en laboratoire.

« Nous avons trouvé un système quantique qui présente les propriétés clés d’un trou de ver gravitationnel mais qui est suffisamment petit pour implémenter sur le matériel quantique d’aujourd’hui », Maria Spiropulu, responsable de l’étude, de Caltech, a déclaré dans un communiqué de presse. « Cette Le travail constitue une étape vers un programme plus vaste de test de la physique de la gravité quantique à l’aide d’un ordinateur quantique.

L’expérience s’est appuyée sur une idée puissante de la physique théorique appelée le principe holographique, qui tente de relier nos deux meilleures théories sur le fonctionnement du monde – la mécanique quantique et la relativité générale – qui sont incompatibles dans leur forme actuelle.

L’idée tire son nom des hologrammes, des surfaces 2D qui peuvent projeter une image 3D. De la même manière, le principe holographique postule que toutes les informations nécessaires pour décrire la réalité 3D complexe dans laquelle nous vivons sont en fait codées sur une surface 2D lointaine.

Bien que cela puisse être difficile à obtenirNotre tête autour, une conséquence cruciale de l’idée est qu’il Configure un lien mathématique entre la physique classique de la relativité générale et le monde hallucinant de la mécanique quantique. Un morceau d’espace-temps 3D décrit par le premier est équivalent à un système de particules quantiques sur la surface 2D lointaine.

Au-delà de la résolution des questions fondamentales du cosmos, cette « dualité » permet théoriquement de concevoir des systèmes quantiques équivalents à des structures macroscopiques dans l’espace-temps. C’est exactement l’approche que l’équipe de Spiropulu a utilisée pour simuler un trou de ver traversable sur un Neuf-circuit quantique qubit, tel que décrit dans un article publié dans Nature.

Leur expérience s’est appuyée sur un corpus de travaux qui suggère que deux ensembles de particules avec un motif particulier d’intrication peuvent être mathématiquement équivalents à une paire de trous noirs reliés par un trou de ver. Plus important encore, la téléportation quantique de l’information entre ces deux ensembles de particules est équivalente à l’information quantique passant par le trou de ver.

Pour tester l’idée, les chercheurs ont implémenté ce système quantique sur le processeur Sycamore, puis ont introduit une seule unité d’information quantique, ou qubit, dans un ensemble de particules. Ils l’ont ensuite vu émerger de l’autre ensemble de particules, mais surtout, il présentait la même dynamique que ce à quoi on pouvait s’attendre en traversant un trou de ver traversable à plus grande échelle.

Pour commencer, ils ont constaté que l’information ne se téléportait que lorsqu’ils appliquaient des équivalents quantiques de l’énergie négative nécessaire pour rendre les trous de ver traversables. Ils ont également détecté un léger retard dans la transmission et une tendance particulière dans la façon dont l’information est brouillée et débrouillée, quel sont uniques à la façon dont l’information devrait voyager à travers un trou de ver.

Il est important de souligner, cependant, que l’expérience vient avec toutes sortes de mises en garde. Les trous de ver que le groupe simulait, et en fait, même le principe holographique sur lequel ils sont basés, existent dans un type hypothétique d’univers qui fonctionne très différemment du nôtre. De plus, leurs expériences ne supposaient que deux dimensions : une dimension spatiale et la dimension du temps.

Leur modèle des trous de ver a également dû être sévèrement tronqué. Pour les implémenter dans leur intégralité, il aurait fallu beaucoup plus de qubits que n’importe quel processeur quantique est susceptible d’avoir dans un proche avenir. Ainsi, pour rendre leur modèle utilisable sur les appareils plus petits d’aujourd’hui, ils ont emprunté une idée à l’apprentissage automatique appelée « sparsification », qui réduit la taille des modèles tout en préservant certaines caractéristiques clés. Ils ont utilisé ce processus pour simplifier leur modèle tout en s’assurant qu’il préserve toujours la signature associée à l’énergie négative soutenant le trou de ver ouvert.

L’équipe a cependant trouvé des preuves que ce processus n’avait pas trop dépouillé les détails du modèle. Le motif distinctif de brouillage et de débrouillage est apparu, bien que le modèle n’ait pas été formé pour le préserver. Néanmoins, la question de savoir si l’expérience représente vraiment la dynamique d’un trou de ver reste ouverte. « Si vous voulez voir cela comme un trou de ver, il y a un certain nombre de parallèles, mais c’est certainement une question d’interprétation », Adam Brown, de l’Université de Stanford. dit Nouveau scientifique.

Compte tenu de la petite taille du système quantique utilisé, il est également tout à fait possible de réaliser cette simulation sur un ordinateur conventionnel. Mais la valeur de ce travail réside peut-être moins dans l’expérience spécifique que les chercheurs ont menée, que dans Une preuve de principe que les ordinateurs quantiques pourraient aider à tester des idées en physique théorique qui seraient difficiles, voire impossibles, à sonder expérimentalement.

« La relation entre l’intrication quantique, l’espace-temps et la gravité quantique est l’une des questions les plus importantes en physique fondamentale et un domaine actif de la recherche théorique », a déclaré Spiropulu. « Nous sommes ravis de faire ce petit pas vers le test de ces idées sur du matériel quantique et nous allons continuer. »

Crédit d’image : inqnet/A. Mueller (Caltech)