Уявіть собі павутину, виткану з квантових частинок, що охоплює всю Землю, а можливо, і всю Сонячну систему. Це не наукова фантастика, а цілком реальний проект – квантовий Інтернет. І вчені виявили вражаючу можливість: ця революційна технологія може стати ключем до розгадки однієї з найбільших таємниць сучасної фізики – взаємозв’язку між квантовою механікою і гравітацією, описаної геніальною теорією Ейнштейна.
Квантовий Інтернет: Більше, Ніж Просто Безпечний Зв’язок
Квантові мережі, що стрімко розвиваються по всьому світу, обіцяють створити глобальну квантову мережу. Ця мережа не тільки забезпечить безпрецедентний рівень безпеки передачі даних, але і з’єднає квантові комп’ютери, розташовані на величезних відстанях. Однак останні дослідження показують, що можливості квантових мереж набагато ширші. Вчені знайшли спосіб використовувати ці мережі для вивчення того, як викривлення простору-часу впливає на закони квантової механіки. Це абсолютно новий підхід до вирішення фундаментальної проблеми фізики.
Теорія відносності Ейнштейна та квантова механіка: два світи, які потрібно Об’єднати
Загальна теорія відносності Ейнштейна перевернула наше розуміння гравітації. Гравітація, на думку Ейнштейна, це не сила, а результат викривлення простору і часу – викривленого простору-часу. Уявіть собі батут. Якщо покласти на нього важку кулю, він прогнеться. Так і масивні об’єкти, такі як планети і зірки, викривляють простір-час навколо себе. Це викривлення призводить до неймовірних ефектів, таких як уповільнення часу поблизу масивних об’єктів. Ефект уповільнення часу був підтверджений експериментально і навіть знайшов відображення в популярних творах, таких як фільм “Інтерстеллар”, де він став ключовим елементом сюжету.
Але як же ці зміни в часі впливають на світ квантової механіки? Чи зміниться квантова теорія в умовах викривленого простору-часу? Чи можуть обидві теорії вимагати перегляду? Незважаючи на відсутність повної теорії квантової гравітації, вчені висувають припущення про можливі модифікації квантових принципів в умовах викривлення простору-часу. До недавнього часу експерименти в цій області були неможливі.
Квантові мережі: інструмент для перевірки теорій
У дослідженні, опублікованому в Physical Review Research, Ігор Піковський, Йоганнес Боррегаард та Джейкоб Кові запропонували використовувати квантові мережі для вивчення цих питань. Вони показали, як можна спостерігати взаємодію між квантовими принципами та гравітацією одночасно.
Основним поняттям квантової теорії є суперпозиція. Це явище дозволяє частинкам існувати не тільки в певному стані, але і в їх суміші одночасно. У квантових обчисленнях ця властивість використовується для створення кубітів — суперпозицій бітів, рівних 0 і 1. Квантові мережі дозволяють поширювати ці кубіти на великі відстані. І саме тут виникає цікава зв’язок: на ці кубіти, розташовані поблизу Землі, впливає викривлене простір-часу, що змінює хід часу.
“Суть полягає в тому, що атомні годинники в квантових мережах захоплюють різні часові потоки в суперпозиції, відкриваючи унікальні можливості для вивчення складного зв’язку між квантовою теорією та викривленим простором-часом”, – пояснює Ігор Піковський, професор технологічного інституту Стівенса.
Новий Протокол для експериментальних досліджень
Команда вчених розробила конкретний протокол для проведення експериментів. Вони показали, як можна розподілити квантові ефекти по вузлах мережі, використовуючи заплутані W-стану, і як реєструвати перешкоди між цими заплутаними системами. Використовуючи сучасні квантові технології, такі як квантова телепортація та заплутані белл-пари в атомних масивах, можна перевірити квантову теорію в умовах викривленого простору-часу.
“Ми припускаємо, що квантова теорія справедлива скрізь, але ми не впевнені”, – говорить Піковський. “Можливо, гравітація змінює правила квантової механіки. Деякі теорії вже передбачають такі модифікації, і квантові технології допоможуть їх виявити”.
Квантові мережі: міст у майбутнє фізики
Результати Піковського, Кові та Боррегарда демонструють, що квантові мережі – це не просто практичний інструмент для майбутнього квантового Інтернету. Вони надають унікальні можливості для вивчення фундаментальної фізики, які неможливо отримати за допомогою класичних методів зондування. Тепер є шанс перевірити, як квантова механіка поводиться в викривленому просторі-часі. Цей прорив знаменує собою нову еру у фізиці, відкриваючи горизонти для дослідження найбільш фундаментальних питань про наш Всесвіт.
Список Літератури:
- Дослідження викривленого простору-часу за допомогою розподілених атомних процесорних годин
- Джейкоб П. Кові, Ігор Піковський та Йоганнес Боррегард, 2025, PRX Quantum.
- DOI:
- 10.48550/arXiv.2502.12954
- Перевірка квантової теорії на викривленому просторі-врении за допомогою квантових мереж
- Йоганнес Боррегард та Ігор Піковський, 27 травня 2025 р., Physical Review Research.
- DOI:
- 10.1103/PhysRevResearch.7.023192
