Un petit pas vers la compréhension de la gravité – Harvard Journal

Une compréhension complète de bon nombre des forces les plus fondamentales de notre monde s’est avérée glissante. Une nouvelle expérience menée par un groupe de chercheurs comprenant Daniel Jafferis Le département de physique de Harvard et ses pairs de Caltech représentent un petit pas dans l’avancement de notre vision de la relation entre la gravité, qui constitue l’univers, et la mécanique quantique, le cadre théorique qui régit le mouvement et l’interaction des particules subatomiques.

Pendant plus de 100 ans, la description populaire de la gravité découlait de la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein – selon laquelle la gravité est liée à la courbure de l’espace-temps. Au cours des 25 dernières années, les scientifiques ont découvert une relation étroite entre la gravité et la mécanique quantique. Parmi ces connexions figurent les trous de ver, également appelés ponts ou tunnels spatiaux, qu’Einstein a décrits en 1935 comme des passages à travers l’espace-temps pouvant relier deux trous noirs.

L’équipe de Jafferis a pour la première fois mené une expérience basée sur l’informatique quantique existante pour comprendre la dynamique des trous de ver. « C’est une simulation quantique d’un très petit trou de ver », a déclaré Jafferis. « Avant, il n’était pas clair avec le matériel que nous avons maintenant si on pouvait faire ça du tout. » Recherche publiée dans nature.

La théorie de la relativité générale d’Einstein décrit les trous de ver comme deux trous noirs reliés de l’intérieur, où quelque chose peut sauter de chaque côté, se rencontrer au milieu, mais aucun ne peut ressortir – le piège proverbial du trou noir.

« C’est une bonne idée des années 1930 que les intérieurs de trous de ver soient connectés », a déclaré Jafferis, « mais on ne sait pas si ce concept est une déclaration pratique et significative. » Mais nous savons maintenant que la formation des trous de ver a en fait une explication physique ; Cela correspond à deux trous noirs séparés dans un espace hautement intriqué. »

Ces dernières années, les scientifiques ont construit des dispositifs physiques tels que des ordinateurs quantiques pour créer des simulations dans lesquelles ils peuvent manipuler l’intrication des états quantiques de manière contrôlée. L’équipe de Jafferis voulait voir si elle pouvait créer un modèle simplifié qui simulerait les aspects de la gravité dans un trou de ver. Pourraient-ils créer un système quantique dans lequel le modèle d’enchevêtrement de l’espace est structurellement du bon type pour qu’il semble envoyer quelque chose à travers un trou de ver ?

Lors d’expériences en laboratoire, les chercheurs ont fourni une connexion entre les deux côtés, ce qui rendrait le trou de ver traversable. Les signaux peuvent être transmis d’un côté et passer de l’autre, peut-être pas rapidement, mais sans rester bloqués. En langage quantique, cela s’appelle la « téléportation quantique », et c’est une méthode de transmission d’informations quantiques utilisant le co-enchevêtrement. « Les informations ne sont pas transmises par le signal direct, mais d’une manière plus subtile qui utilise l’intrication », a ajouté Javris.

L’équipe a commencé avec un qubit, le type d’espace quantique le plus simple, dans une zone de leur appareil. Ils ont tiré d’autres qubits dans un autre espace synaptique statique à l’intérieur de l’ordinateur pour un total de neuf qubits. Les deux vides ont ensuite été mélangés à l’aide d’opérations de porte d’ordinateur quantique.

Ensuite, ils ont utilisé des opérations de données qui interprétaient le système en évolution selon certaines dynamiques. La dernière étape consistait à regarder le qubit une fois qu’il avait atteint l’autre côté de l’ordinateur. « Nous avons demandé si c’était le même que nous avions envoyé ou s’il avait l’air différent », a déclaré Jafferis. « C’était le circuit quantique le plus simple possible que nous pouvions créer pour voir si nous pouvions simuler la dynamique d’un trou de ver. »

Le but ultime de l’équipe est d’apprendre tous les détails de la description gravitationnelle des systèmes quantiques. « Nous savons comment cela fonctionne grâce aux mathématiques théoriques dans des cas finis, mais nous ne connaissons pas toutes les réponses », a déclaré Jafferis. « Avec ce très petit système quantique, nous le voyons comme un premier pas vers la création de systèmes plus grands où nous pouvons en découvrir davantage. »

Cette recherche a été financée par le Bureau des sciences du Département américain de l’énergie.