Квантовите мрежи срещу Айнщайн: Започна експеримент, който може да пренапише физиката

Квантовите мрежи не са просто стъпка към свръхнадеждните комуникации на бъдещето. Ново изследване показва, че те могат да бъдат ключът към решаването на една от най-големите загадки на физиката – как да се съчетае квантовата механика с общата теория на относителността на Айнщайн.

Екип от учени от три американски университета – Игор Пиковски (Технологичен институт „Стивънс“), Джейкъб Кови (Университет на Илинойс в Урбана-Шампейн) и Йоханес Борегард (Харвард) е предложил експериментален протокол за изследване на влиянието на гравитацията върху квантовите процеси. Работата им е публикувана в списание PRX Quantum.

„Връзката между квантовата физика и гравитацията е една от най-предизвикателните и същевременно най-вълнуващите задачи. За първи път имаме възможност да проверим това взаимодействие експериментално с помощта на квантови мрежи.“

обясни Пиковски

За разлика от конвенционалните телекомуникации квантовите мрежи използват кюбити и заплитане, а не електрони и фотони за предаване на информация. Тези технологии не само предлагат безпрецедентна надеждност, но в бъдеще ще могат да свързват помежду си квантови компютри по целия свят – включително орбитални системи.

Но сега стана ясно още нещо: същият механизъм би могъл да осигури нови прозрения за природата на самото пространство-време.

Изследователите използвали заплетени W-състояния – специална форма на квантова корелация, при която възлите на мрежата остават свързани, дори ако един от тях бъде изгубен. Те също така използвали телепортация на квантови състояния и двойки на Бел, за да демонстрират как квантовите ефекти могат да се разпределят между места с различен гравитационен потенциал.

В резултат на това те успяха да уловят интерференция между системи в изкривено пространство-време. Това означава, че вече е възможно да се провери дали гравитацията променя поведението на квантовите обекти – въпрос, който е в основата на съвременната фундаментална наука.

Квантовата теория успешно описва поведението на частиците на микроскопично ниво, докато общата теория на относителността описва движението на телата в гравитационни полета, но тези две описания на света все още не са обединени: нито един от съществуващите модели не обяснява как те си взаимодействат. Някои хипотези предполагат, че при специални условия гравитацията може пряко да влияе върху квантовите свойства на материята.

„Ние вярваме, че квантовата механика е приложима навсякъде, но нямаме пълна увереност за това. Съществуват теории, които предполагат, че гравитацията може да внася корекции в квантовото поведение. И сега можем да проверим това с помощта на нови технологии“.

отбелязва Пиковски

Подобни проблеми не могат да бъдат моделирани в рамките на класическата физика, но съвременните квантови мрежи могат. Това означава, че за пръв път изследователите разполагат с инструмент за практическа проверка на идеи, които преди са съществували само на ниво теории.

Развитието на квантовите мрежи отваря пътя не само към сигурно предаване на информация, но и към преосмисляне на физическите основи на Вселената. Може би именно чрез тези технологии учените ще успеят да се приближат до създаването на единна теория на квантовата гравитация – връзка между света на частиците и космическите мащаби.