Как наша Вселенная работает на самом фундаментальном уровне?
Квантовая теория и общая теория относительности, которые соответственно описывают микроскопические и макроскопические явления, могут быть объединены в единую всеобъемлющую теорию природы
Ученые использовали передовые исследования в области квантовых вычислений и квантовых технологий, чтобы основать радикально новый подход к определению того, как наша Вселенная работает на самом фундаментальном уровне.
Международная группа экспертов во главе с Ноттингемским университетом продемонстрировала, что только квантовая, а не классическая гравитация может быть использована для создания определенного информационного компонента, необходимого для квантовых вычислений.
Доктор Ричард Хоул, который руководил исследованиями, сказал: «Более ста лет физики боролись за то, чтобы определить, как две фундаментальные теории науки, квантовая теория и общая теория относительности, которые соответственно описывают микроскопические и макроскопические явления, могут быть объединены в единую всеобъемлющую теорию природы.
-За это время они разработали два принципиально противоположных подхода, названных «квантовой гравитацией» и «классической гравитацией». Однако полное отсутствие экспериментальных данных означает, что физики не знают, какой подход на самом деле использует всеобъемлющая теория, и наше исследование предоставляет экспериментальный подход к решению этой проблемы.»
Это новое исследование, которое представляет собой сотрудничество между экспертами в области квантовых вычислений, квантовой гравитации и квантовых экспериментов, обнаруживает неожиданную связь между областями квантовых вычислений и квантовой гравитацией и использует ее, чтобы предложить способ экспериментальной проверки того, что существует квантовая, а не классическая гравитация.
Предлагаемый эксперимент включал бы охлаждение миллиардов атомов в сферической ловушке миллиметрового размера до чрезвычайно низких температур, так что они вступают в новую фазу материи, называемую конденсатом Бозе-Эйнштейна, и начинают вести себя как один большой атом.
Затем к этому «атому» прикладывается магнитное поле, так что он ощущает только свое собственное гравитационное притяжение. Учитывая все это, если единственный гравитирующий атом демонстрирует ключевой компонент, необходимый для квантовых вычислений, который связан с «отрицательной вероятностью», природа должна принять подход квантовой гравитации.
Этот предлагаемый эксперимент использует современную технологию, включает в себя только одну квантовую систему, гравитирующий «атом», и не опирается на предположения о локальности взаимодействия, что делает его более простым, чем предыдущие подходы, и потенциально ускоряет проведение первого экспериментального испытания квантовой гравитации.
Тогда, после более чем ста лет исследований, физики, наконец, получат информацию об истинной всеобъемлющей, фундаментальной теории природы.
Доктор Мариос Христодулу из Гонконгского университета, участвовавший в этом исследовании, добавил: «Это исследование особенно интересно, поскольку предложенный эксперимент также связан с более философской идеей о том, что Вселенная ведет себя как огромный квантовый компьютер, который вычисляет сам себя, демонстрируя, что квантовые флуктуации пространства-времени являются огромным природным ресурсом для квантовых вычислений.»
Richard Howl et al, Non-Gaussianity as a Signature of a Quantum Theory of Gravity, PRX Quantum 2, 010325 – Published 17 February 2021, DOI: 10.1103/PRXQuantum.2.010325