გიფიქრიათ იმაზე, რომ ყველაფერი ჩვენს გარშემო უბრალოდ ჰოლოგრამაა?

საქმე იმაშია, რომ ეს შეიძლება ასე იყოს და მიჩიგანის უნივერსიტეტის ფიზიკოსები ამის გასარკვევად კვანტურ გამოთვლებს იყენებენ. მეცნიერებს სურთ უკეთ გაიგონ ჰოლოგრაფიული ორმაგობა.

ჰოლოგრაფიული ორმაგობა მათემატიკური ვარაუდია, რომელიც აკავშირებს ნაწილაკების თეორიებს და მათ ურთიერთქმედებას გრავიტაციის თეორიასთან. ეს გვეუბნება, რომ გრავიტაციისა და ნაწილაკების თეორია მათემატიკურად ექვივალენტურია. ის რაც მათემატიკურად ხდება გრავიტაციის თეორიაში, ხდება ნაწილაკების თეორიაშიც და პირიქით. ორივე თეორია აღწერს განსხვავებულ განზომილებებს, მაგრამ მათ მიერ აღწერილი განზომილებების რაოდენობა ერთით განსხვავდება. შესაბამისად, შავი ხვრელის შიგნით, მაგალითად, გრავიტაცია არსებობს სამ განზომილებაში, ხოლო ნაწილაკების თეორია არსებობს ორ განზომილებაში.

ამის წარმოსადგენად, კიდევ ერთხელ დაფიქრდით შავ ხვრელზე, რომელიც ამრუდებს სივრცე-დროს მისი უზარმაზარი მასის გამო. შავი ხვრელის გრავიტაცია, რომელიც არსებობს სამ განზომილებაში, მათემატიკურად აკავშირებს მის ზემოთ არსებულ ნაწილაკებს, ორ განზომილებაში.

ასევე: შემდეგი პოდკასტი: შავი ხვრელები — სამყაროს ყველაზე მისტიკური ობიექტები

ზოგიერთი მეცნიერის აზრით, ჩვენი სამყარო ნაწილაკების ჰოლოგრაფიული პროექციაა. ამან შეიძლება გრავიტაციის თანმიმდევრულ კვანტურ თეორიასთან მიგვიყვანოს.

"აინშტაინის ზოგად ფარდობითობის თეორიაში არ არსებობს ნაწილაკები — არსებობს მხოლოდ სივრცე-დრო. ხოლო ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტულ მოდელში არ არის გრავიტაცია, არის მხოლოდ ნაწილაკები. ამ ორი განსხვავებული თეორიის დაკავშირება დიდი ხნის პრობლემაა ფიზიკაში — მათი დაკავშირება ფიზიკოსების ოცნებაა", — ამბობს ენრიკო რინალდი, U-M-ის ფიზიკოსი.

ჟურნალ PRX Quantum-ში გამოქვეყნებულ კვლევაში, რინალდი და მისი თანაავტორები საუბრობენ, თუ როგორ უნდა გამოიკვლიონ ჰოლოგრაფიული ორმაგობა კვანტური გამოთვლისა და ღრმა სწავლის გამოყენებით. მათ სურთ იპოვონ მათემატიკური ამოცანების ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული მდგომარეობა, რომელსაც ეწოდება კვანტური მატრიცის მოდელები.

ეს კვანტური მატრიცის მოდელები ნაწილაკების თეორიის წარმოდგენებია. ჰოლოგრაფიული ორმაგობა კი მიიჩნევს, რომ ის, რაც მათემატიკურად ხდება სისტემაში — ნაწილაკების თეორიის დროს — ანალოგიური მოხდება გრავიტაციის შემთხვევაში. შესაბამისად, ასეთი კვანტური მატრიცის მოდელის ამოხსნამ შეიძლება გამოავლინოს ინფორმაცია გრავიტაციის შესახებაც.

კვლევაში რინალდიმ და მისმა გუნდმა გამოიყენეს ორი საკმარისად მარტივი მატრიცული მოდელი ტრადიციული მეთოდების გადასაჭრელად. თუმცა, მათ უფრო რთული მატრიცის მოდელების ყველა მახასიათებელი გააჩნიათ, რომლებიც გამოიყენება შავი ხვრელების აღწერისთვის ჰოლოგრაფიული ორმაგობით.

"მიგვაჩნია, რომ ამ ნაწილაკების თეორიის თვისებების გაგებით და რიცხვითი ექსპერიმენტებით, გრავიტაციის შესახებაც ახალს გავიგებთ. სამწუხაროდ, ჯერ კიდევ რთულია ნაწილაკების თეორიების ამოხსნა. სწორედ აქ დაგვეხმარება კვანტური კომპიუტერები", — თქვა რინალდიმ.

რინალდის თქმით, რიცხვები მატრიცის მოდელში, როგორც ქვიშის მარცვლები ისე შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ. როდესაც წყალი მშვიდად არის ამ დროს ქვიშის ძირითადი მდგომარეობაა. თუ ტალღები გამოჩნდება, სიტუაცია ირევა და უნდა გაასწოროთ ის. ამის გადასაჭრელად მკვლევრებმა ჯერ კვანტური სქემები გამოიკვლიეს. ამ მეთოდით, კვანტური სქემები წარმოდგენილია მავთულების სახით, სადაც თითოეული კუბიტი, ან კვანტური ინფორმაციის ბიტი, ერთი მავთულია. მავთულის თავზე არის კარიბჭე — კვანტური ოპერაციები, რომლებიც კარნახობენ, თუ როგორ გაივლის ინფორმაცია მავთულხლართების გასწვრივ.

"თქვენ შეგიძლიათ წაიკითხოთ ისინი, როგორც მუსიკა, მარცხნიდან მარჯვნივ. თუ მას მუსიკად კითხულობთ, კუბიტებს თავიდანვე რაღაც ახლად აქცევთ. თუმცა, თქვენ არ იცით, რომელი ოპერაციები უნდა შეასრულოთ და რა ნოტები დაუკრათ", — ამბობს რინალდი.

ამ გზით მკვლევრებს სურდათ შეედარებინათ კვანტური მიკროსქემის მეთოდი ღრმა სწავლების მეთოდთან. ორივე მიდგომით მკვლევრებმა შეძლეს მატრიცის ორივე მოდელის ძირითადი მდგომარეობის პოვნა, მაგრამ კვანტური სქემები შეზღუდულია კუბიტების მცირე რაოდენობის გამო. ამჟამინდელი კვანტური გამოთვლითი მექანიზმები მხოლოდ რამდენიმე ათეულ კუბიტზე მუშაობს.

"კლასიკურ მეთოდებს შეუძლიათ იპოვონ ძირითადი მდგომარეობის ენერგია, მაგრამ არა ტალღის ფუნქციის მთელი სტრუქტურა. ამის ფონზე, ჩვენ ვაჩვენეთ, როგორ მივიღოთ სრული ინფორმაცია ძირითადი მდგომარეობის შესახებ ამ ახალი განვითარებადი ტექნოლოგიების, კვანტური კომპიუტერებისა და ღრმა სწავლების გამოყენებით. იმის გამო, რომ ეს მატრიცები შავი ხვრელის სპეციალური ტიპის ერთ-ერთი შესაძლო ვარიანტებია, ამით შავ ხვრელებსაც ვუახლოვდებით. თუ ვიცით, როგორ არის განლაგებული მატრიცები და რა თვისებები აქვთ, შეგვიძლია ვიცოდეთ, მაგალითად, როგორ გამოიყურება შავი ხვრელი შიგნიდან. ეს ისეთ შეკითხვაზე პასუხთან გვაახლოებს, როგორიცაა, რა არის შავი ხვრელის მოვლენების ჰორიზონტის იქით? ამ კითხვებზე პასუხის გაცემა იქნება ნაბიჯი გრავიტაციის კვანტური თეორიის რეალიზაციისკენ", — ამბობენ მკვლევრები.

მკვლევრების თქმით, შედეგებმა აჩვენა, რომ ფიზიკის გრაალთან — უნიფიკაცფიასთან ახლოს ვართ. თუმცა, ამისთვის ჩვენი გამოთვლითი შესაძლებლობების გაუმჯობესება იქნება საჭირო.