por primera vez los científicos crean un agujero de gusano holográfico y envían un mensaje a través de él.

En un primer momento, los científicos crean un agujero de gusano holográfico y envían un mensaje a través de él.

Esto podría ayudarnos a investigar el campo menos conocido de la gravedad cuántica.
Concepto de computación cuántica
Concepto de computación cuántica

 

Un equipo colaborativo de investigadores en los EE. UU. creó un agujero de gusano holográfico y envió un mensaje a través de él. Este es el primer informe conocido de una simulación cuántica de un agujero de gusano holográfico en un procesador cuántico.

La teoría de la relatividad general de Einstein nos ayuda a comprender el mundo físico, como los objetos astronómicos con altas energías o densidades de materia. La mecánica cuántica, por otro lado, describe la materia a escalas atómicas y subatómicas.

Sin embargo, las dos teorías son fundamentalmente incompatibles y el principio holográfico es una guía que puede ayudarnos a combinar las dos.

Según este principio, las teorías que incluyen tanto la mecánica cuántica como la gravedad pueden ser exactamente iguales a las que incluyen la mecánica cuántica pero no la gravedad. Esto se conoce como dual y tiene menos dimensiones que su contraparte gravitacional. Los investigadores utilizaron una computadora cuántica para crear un holograma cuyo doble es un agujero de gusano.

La visión de Einstein de los agujeros negros

Para comprender la importancia de esta investigación, debemos volver a la investigación de Einstein sobre los agujeros negros en el contexto de la relatividad general. Con su colaborador, Nathan Rosen, Einstein dijo que un agujero negro tenía una región interior de la que nada podía escapar, así como una región exterior de la que todavía era posible escapar. La demarcación entre los dos se denominó horizonte de sucesos.

De lo que se dieron cuenta Einstein y Rosen fue que un agujero negro no tenía solo una, sino dos regiones exteriores que estaban conectadas por una especie de agujero de gusano que ahora se conoce como el puente de Einstein-Rosen. Sin embargo, Einstein no pensó que se pudiera viajar de una región exterior a otra a través del agujero de gusano.

Aún así, si uno va desde una región externa y cruza el horizonte de eventos, aún es factible interactuar (¡aunque sea muy brevemente!) Con alguien que saltó desde la otra región exterior antes de encontrar su muerte.

El trabajo de Einstein en mecánica cuántica también habla de entrelazamiento cuántico donde los objetos en los sistemas cuánticos están vinculados en un patrón no clásico, aunque estén separados por largas distancias.

En la época de Einstein, los conceptos de agujeros de gusano y entrelazamiento cuántico se consideraban separados, y este último no podía usarse para enviar mensajes. La investigación a lo largo de los años ahora apunta a que los dos exteriores del agujero negro están conectados por el entrelazamiento cuántico y la incapacidad de viajar de un exterior a otro se considera el dual holográfico del uso del entrelazamiento cuántico para enviar mensajes.

Envío de mensajes a través del agujero de gusano

En un primer momento, los científicos crean un agujero de gusano holográfico y envían un mensaje a través de él.
Un agujero de gusano emergente en una computadora cuántica

SpringerNaturaleza 

Los investigadores ahora postulan que si los dos exteriores del agujero negro pudieran interactuar, también podría usarse para enviar un mensaje entre ellos. Esto sucede porque durante la interacción de los exteriores, el agujero de gusano se abre y se vuelve transitable brevemente.

Para demostrar esto, se podrían usar dos mitades de una computadora cuántica en un estado entrelazado de modo que sean el doble holográfico de los exteriores de los agujeros negros conectados por un agujero de gusano y enviando un mensaje.

El equipo de investigación dirigido por Maria Spiropulu en el Instituto de Tecnología de California realizó esta simulación de un sistema cuántico compuesto por nueve bits cuánticos (qubits) y vio que el mensaje que enviaban a través de una mitad aparecía en la otra sin codificar.

Dado que el sistema cuántico utilizado en el experimento es bastante pequeño, no nos enseña nada que no sepamos ni calcula algo que no sea posible con el poder de cómputo que tenemos a nuestra disposición en estos días. Sin embargo, sienta las bases para el trabajo futuro en esta dirección y nos ayudaría a probar las teorías de la gravedad cuántica , donde tanto la relatividad general como la mecánica cuántica pueden estudiarse juntas.

Los hallazgos de la investigación se publicaron hoy en la revista Nature .

Resumen

El principio holográfico, teorizado como una propiedad de la gravedad cuántica, postula que la descripción de un volumen de espacio puede codificarse en un límite de dimensión inferior. La correspondencia o dualidad1 anti-de Sitter (AdS)/teoría conforme del campo es el principal ejemplo de holografía. El modelo Sachdev–Ye–Kitaev (SYK) de N ≫ 1 fermiones de Majorana2,3 tiene características que sugieren la existencia de un dual gravitacional en AdS2 y es una nueva realización de la holografía4–6. Invocamos la correspondencia holográfica del sistema de muchos cuerpos SYK y la gravedad para investigar la supuesta relación ER=EPR entre el entrelazamiento y la geometría del espacio-tiempo7,8 a través del mecanismo de agujero de gusano transitable implementado en el modelo SYK9,10. Se puede usar un qubit para sondear la dinámica del agujero de gusano transitable SYK a través del protocolo de teletransportación correspondiente9. Esto se puede realizar como un circuito cuántico, equivalente a la imagen gravitatoria en el límite semiclásico de un número infinito de qubits9. Aquí usamos técnicas de aprendizaje para construir un modelo SYK disperso que realizamos experimentalmente con 164 puertas de dos qubits en un circuito de nueve qubits y observamos la dinámica del agujero de gusano transitable correspondiente. A pesar de su naturaleza aproximada, el modelo SYK disperso conserva propiedades clave de la física del agujero de gusano atravesable: bobinado de tamaño perfecto11–13, acoplamiento a ambos lados del agujero de gusano que es consistente con una onda de choque de energía negativa14, un retraso de tiempo de Shapiro15, orden de tiempo causal de señales que emergen del agujero de gusano, y dinámicas de codificación y termalización16,17. Nuestro experimento se ejecutó en el procesador Google Sycamore. Al interrogar a un sistema dual de gravedad bidimensional, nuestro trabajo representa un paso hacia un programa para estudiar la gravedad cuántica en el laboratorio. Los desarrollos futuros requerirán escalabilidad y rendimiento de hardware mejorados, así como desarrollos teóricos que incluyen duales de gravedad cuántica de mayor dimensión18 y otros modelos similares a SYK19

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