צוות חוקרים מאוניברסיטת הרווארד, MIT וקלטק בשיתוף עם גוגל ערכו הדמייה מוצלחת של חור תולעת הניתן למעבר בעזרת מחשב קוונטי. הניסוי שבוצע על המעבד הקוונטי של גוגל, הדגים מעבר של אינפורמציה במערכת השזורה. על פי עיקרון ההולוגרפיה, הפיזיקה שהודגמה בניסוי זהה לזו של חלקיקים העוברים דרך חורי תולעת. על אף שנערך על תשעה קיוביטים בלבד, הניסוי בעל חשיבות אדירה משום שהוא ממחיש לראשונה את האפשרות לבחון כבידה קוונטית בעזרת מערכות שזורות.
בסוף המאה הקודמת, עיקרון רדיקלי צמח במוחם של הפיזיקאים הנודעים וויטן ומלדסנה. העיקרון שהם נסחו, המכונה עיקרון ההולוגרפיה, הניח שהפיזיקה המתרחשת ביקום בהשפעת כבידה יחסותית זהה לחלוטין ליקום עם ממד אחד פחות הנשלט על חוקי מכניקת הקוונטים ללא כבידה. המאמרים של וויטן ומלדסנה נחשבים כיום למצוטטים ביותר בפיזיקה של אנרגיות גבוהות וככל הנראה עובדה זו לא תשתנה בקרוב. הרעיון המפליא שהכה גלים בקהילה המדעית, אינו חף מסימני שאלה. נתחיל בכך שהוא לא תקף ביקום שלנו, משום שהוא עובד רק ביקום עם קבוע קוסמולוגי שלילי (ולא ביקום עם קבוע קוסמולוגי חיובי). בנוסף, התורה הקוונטית המקבילה לתורת הכבידה אינה סתם עוד תורה קוונטית, המתמטיקה קובעת שהיא חייבת להתנהג באופן זהה בכל מרחק, ארוך או קצר. במילים אחרות, לתורה זו יש סימטריה לכיווץ ומתיחה (אם מדייקים, הסימטריה היא סימטריה קונפורמית אבל זה פחות חשוב לדיון שלנו). על אף מגרעותיו, עיקרון זה אתגר את התפיסה רבת השנים שמכניקת הקוונטים ותורת היחסות לא משתלבות ביחד ואף רמז שהן למעשה שני צדדים של אותו המטבע. הסיבה שפיזיקאים מכנים עיקרון זה כעיקרון ההולגרפיה היא משום שתורת הקוונטים מתוארת בממד אחד פחות מהתורה הכבידתית, ממש כמו שהולוגרמה מקודדת יקום תלת ממדי על משטח דו ממדי. חשוב לציין שההולוגרפיה הכבידתית מעולם לא הוכחה במלואה. כל מה שיש בידנו הן עדויות לכך שעיקרון זה עובד (יחד עם זאת העדויות חזקות ומשכנעות. חלקים מהקהילה המדעית אף מאמינים שלכל תורה כבידתית יש תורה קוונטית המקבילה לה, לא רק זו עם עקמומיות שלילית. ובכל זאת, במדע אין אמונות וכל עוד אין בידנו מיפוי שכזה, אלו אמירות סרק).
על חורי תולעת וחלקיקים שזורים
בהשפעת עיקרון ההולוגרפיה, סוסקינד ומלדסנה לקחו את הרעיון צעד אחד קדימה וב-2013 הם טענו שחורי תולעת, גופים תאורטיים המקצרים מרחקים בין קצוות שונים ביקום, מתארים למעשה את אותה הפיזיקה של חלקיקים שזורים. בקהילה המדעית, החיבור בין שזירה קוונטית וחורי תולעת חלחל בעצלתיים כי רבים תפסו תופעות אלו כלא קשורות. כיצד שזירה, תופעה שנצפתה במעבדה אינספור פעמים, וחורי תולעת, גופים תאורטיים שמעולם לא נצפו, קשורים אחד לשני? במאמר של סוסקינד ומלדסנה חורי תולעת תוארו כמנגנון המאפשר חיבור קוונטי לא לוקאלי בין שני חלקיקים, אבל האם חורי תולעת באמת אפשריים בטבע?
בסרטי מדע בדיוני, חורי תולעת פופולאריים מאוד. בעזרתם ניתן לערוך מסעות בין גלקסיות בזמן סביר, לפתח את העלילת הסרט למשך שעתיים ולא להימרח למשך מיליארדי שנים. כמובן שהייתי שמח לדווח שחור תולעת כזה בהישג יד, אך לצערנו המציאות מורכבת הרבה יותר. החור תולעת, שאיינשטיין רוזן פודולסקי תיארו לראשונה ב-1935 אינו חור תולעת שניתן לעבור דרכו. למעשה אם שני אנשים נכנסים לתוכו, הם אולי יפגשו באמצע, אבל לא יוכלו לחצות לצד השני. המפגש אגב, יהיה רגעי בלבד, משום שמהר מאוד הם יקרסו תחת הכבידה של החור תולעת. עובדה זו לא השתנתה ממש עד לאחרונה, כאשר ג'פריס ועמיתיו מהרווארד הראו לראשונה בשנת 2017 שניתן לבנות חור תולעת שיכול להיפתח לכמה רגעים ולאפשר לחלקיקים לחצות לצידו השני. השיטה שבה ג'פריס הצליח לפתוח את החור תולעת נעזרה באנרגיה שלילית. זו לא תגלית חדשה, אגב, אבל עד למאמרו של ג'פריס, לא ידעו איך לעשות זאת. החישובים של ג'פריס הראו שהחור תולעת מתמלא באנרגיה שלילית כל עוד מניחים שהפתחים מושפעים אחד מהשני תחת אינטראקציה קוונטית מוכרת.
תגליתו של ג'פריס, היא הגושפנקה הראשונה לרעיון של סוסקינד ומלדסנה. הסיבה שהחור תולעת יכול להעביר דרכו אינפורמציה, היא משום שהפתחים מתוארים אפקטיבית כחלקיקים שזורים, בגלל האינטראקציה בניהם, בהתאמה מלאה לעיקרון ההולוגרפיה. חשוב לציין שבחורי התולעת של ג'פריס לא מתאפשרת העברת אינפורמציה במהירות הגבוהה ממהירות האור משום שכדי שהחור תולעת יפתח, חייבת להתרחש אינטראקציה קוונטית בין הפתחים, וזו מתקיימת כל עוד שני הפתחים יכולים לתקשר במהירות הנמוכה ממהירות האור.
חור תולעת על מחשב קוונטי
אם הולוגרפיה אכן נכונה והפיזיקה של חורי תולעת אכן זהה לחלקיקים שזורים, אזי ניתן לקודד באמצעות שזירה תהליך המדמה מעבר של אינפורמציה בחורי תולעת. ב-2021 ג'פריס ועמיתיו טענו זאת בדיוק והראו שניתן לבנות ניסוי על מחשבים קוונטים שידגימו חור תולעת פתוח. הסיבה שמחשבים קוונטים יכולים לעשות זאת היא משום שמחשב קוונטי בנוי ממערכות השזורות אחת לשנייה. בכדי לבנות הדמייה של חור תולעת, הנסיינים קיבצו את הקיוביטים לשתי קבוצות ושזרו בניהם. שתי הקבוצות, או צידי המחשב הקוונטי מדמים את קצות היקום שחור התולעת מוביל אליהם. בשלב השני של הניסוי הם הכניסו מידע לצד אחד של המחשב הקוונטי, המתינו מעט שהמידע התערבב ברעש ואז הדליקו את האינטראקציה בין שני צידי המחשב. לאחר מספר רגעים הם ראו שהמידע עבר לצידו השני ללא רעשים. את הניסוי המוצלח, ג'פריס ועמיתיו מגוגל, קלטק ו-MIT פרסמו על השער במגזין נייצ'ר.
נדגיש שהחור תולעת שהודגם במחשב הקוונטי אינו חור תולעת אמיתי, הוא מיפוי מתמטי לבעיה האמיתית שדורשת כבידה. ההדגמה עצמה לא מושפעת מכוח הכבידה, גם לא מכוח הכבידה המושרה מכדור הארץ. מכאן נובע שאין שום סיכון שחור תולעת ייווצר במחשב הקוונטי ויבלע את כדור הארץ.
אומנם ניתן להסביר את התהליך הפיזיקאלי שמתרחש במחשב הקוונטי גם ללא שימוש בעיקרון ההולוגרפיה אך הוא עלול להישמע מסובך. ההקבלה של תהליך זה לחור תולעת מעניק הסבר פשוט יחסית לעובדה שהמידע עבר לצידו השני של המחשב הקוונטי ללא רעשים. חשוב לציין שעיקרון ההולוגרפיה עובד נפלא בעיקר במערכות גדולות עם המון דרגות חופש, אך כיום אין בידנו מחשב קוונטי המכיל המון קיוביטים הנקי מרעשים. בכדי ששגיאות הניסוי יהיו קטנות, החוקרים הדגימו את החור תולעת של ג'פריס בעזרת תשעה קיוביטים בלבד. המספר המועט של הקיוביטים אומר הניסוי היה יכול להתרחש גם על מחשב קלאסי. כל עוד הדבר אפשרי, הניסוי לא אמור מלמד אותנו דבר חדש על כבידה קוונטית. יחד עם זאת, אדגיש שהניסוי של ג'פריס מהווה אבן דרך שתסלול את פיתוחם של ניסויים המדמים תהליכים כבידתיים על מחשבים קוונטים. זו הוכחה משמעותית שניתן לדמות היבטים מסוימים של חורי תולעת במחשב קוונטי ואולי בעתיד לבצע את אותו ניסוי על מחשב קוונטי מלא עם אלפי קיוביטים.
יש לכם שאלה או נושא שתרצו שאכתוב עליו? פנו אליי לכתובת [email protected]
עוד בנושא באתר הידען:
8 Responses
אני עדיין תקוע עם אותה שאלה – אם יש כבידה קוואנטית אז יש גרביטון שהוא החלקיק שנושא את כח הגרביטציה. ואם חור שחור מייצר גרביטציה – הוא אמור לפלוט גרביטונים לעבר הגופים/חלקיקים אותם הוא מושך. זה עומד בסתירה להגדרה של חור שחור.
איך זה מסתדר?
תודה
עודד היקר.
תודה שהתייחסת לדברים שלי.
נכון פרויקטים לוקחים שנים.
ובכל זאת בשורה של מדדים אובייקטיביים יש כזה דבר שנקרא האצה.
כמה עיתוני IEEE מונה editor in chief סיני ובכמה deputy editors in chief מתוך כמה עיתוני IEEE יש.
אני חב את התואר שלי לסינים שקיבלו מה שכתבתי.
מי פתח את המשק האמריקאי והוציא אותו מקורונה.
למה דווקא בשנתיים האחרונות התקיימו כל הניסויים בנשק היפרסוני, וכל סוגי מערכות הנשק בארצות הברית צוידו בטילים כאלה.
יש בסטטיסטיקה מבחני קורלציה, למשל מפת חום של פירסון. יותר מידי דברים יצאו בתקופת ביידן סנילי או לא מכדי להיות מיקרי.
לגבי הכלכלה – המשבר הכלכלי עולמי. יותר מדי גדל שוק הקריפטו, שמנבאים התרסקותו לאפס.
יותר מדי חברות ספק. אין מתחתן קיניין רוחני, משהו שמייצר ערך. יש חרם רכיבים סיני על המערב,
ופתאום נזכרו לא לקנות הכי זול, להיות עם כושר ייצור משל עצמך.
ואתה מסכים לגבי המלחמה באוקראינה שחושפת את רוסיה בצורה לא מחמיאה וחבל.
ואחרון חביב: יצביעו טרמפ. למה? אין לי הסבר אחר מלבד איוולת. אני מסתכל מה קורה אצלנו.
איוולת בשני הצדדים. השבוע התפרסם מאמר של פרופסור יובל נוח הררי על איוולת.
https://www.ynet.co.il/news/article/r1samstuj
ועוד שתי שאלות, אמירות:
האם אינך מאמין שלאחד חשוב הפייק ניוז ולשני חשובה יותר האמת.
כתבה נהדרת! הכתבה באמת דורשת צומת לב, אבל חיברת לי כמה מושגים שיצא לי להיתקל בהם (כמו עקרון ההולוגרפיה). נהנתי ולמדתי. תודה!
יוסף כפרה כל מה שכתבתה אכן נכון אבל הפיתוחים הללו הם תוצאה של עשרות שנות מחקר ,אכן מדיניות החוץ של ביידן בעיקר מול רוסיה היא טובה ,אבל הוא מנהל את הכלכלה האמריקאית דיי גרוע., בקיצור יש בו טוב וגם רע תלויי בתחום
טוב, זה היה מעניין. מספיק מובן כדי לגרות את הסקרנות שלי. כמובן שלא הבנתי כלום. אבל החוויה של לקרוא טקסט שלא ממש אומר לי משהו בלי הרבה הסברי פיזיקה – היתה מעניינת.
בכל מקרה, תודה על התרגום. בלעדיו לא הייתי יודע שהדבר הזה קיים בכלל.
נראת כתבה מעניינת ביותר, רק חבל שהיא עמוסה במושגים שצריך להיות פרופסור לפיזיקה כדי להבין אותם. גם בתור חובב פיזיקה לא הצלחתי לעבור שני משפטים ברצף בלי להיתקע על מושג לא ברור.
סתם חרטא אין חורי תולעת לא היו ולא יהיו אבל שטויות מה זה משנה????
האם אנשים שמים לב שמאז שביידן "השמלאני" בשלטון ההגמוניה המדעית חוזרת לארצות הברית או לא נותנים לעובדות לבלבל אותם:
כל מערכות הנשק: ספינות קרב, מטוסים – פותח להם נשק היפרסוני. תוך שנתיים. הפרויקטים האלה נעצרו בממשל הקודם.
אתמול נחשף מפציץ B-21 שנמצא בפיתוח אכן מ 2014 אבל הואץ.
מיחשוב של כבידה יחסותית באמצעות מחשב קוונטי
סנקציות נגד רוסיה בעקבות הפלישה לאוקראינה. גורם לרוסיה וסין לחשוב פעמיים לפני פלישה למדינה נוספת.
כנגד: הנסיגה מאפגניסטן עשתה רע לאפגניסטן אולי עצרה דימום אמריקאי.
בעד: הגמוניה בפרסומים מדעיים -ניכר שינוי.
ב-5 השנים שקדמו הפכו חלק גדול מעיתוני המדע בעולם IEEE, MDPI, ELSEVIER להיות עם עורכים, סגני עורכים ורוויוארים מהמזרח – תעודת כבוד להם אמנם.
החיסונים שהפיץ ביידן פתחו את המשק האמריקאי לתעסוקה ויציאה מהבתים בעוד בסין המשק סגור.
כל זה נעצר בעידן טרמפ.
גם בארצות הברית וגם כאן הממשל נחשב חלש, וטרמפ חזק.
לא משנה שישנן עדויות שטרמפ צולם ע"י הקג"ב בתמונות אינטימיות מביכות ברוסיה.
והכי לא משנה העובדות האלה לא מבלבלות את הציבור לא בארה"ב ולא בישראל. האמירות יותר חשובות מהעשייה.