Duke Universiteti tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

arXiv2607.12047_şək1. Kredit: QLab

Müasir fizikanın ən dərin məqsədlərindən biri, məkan və zamanın quruluşunun fundamental kvant sərbəstlik dərəcələrindən necə yarana biləcəyini və kvant cazibə nəzəriyyəsini necə qura biləcəyini anlamaqdır.

arXiv preprint serverinə göndərilən “Kvant kompüterində holoqrafik kodlarda cazibə qüvvəsinə bənzər imzaların müşahidəsi” adlı yeni məqalədə Milli Kvant Laboratoriyası (QLab@UMD), Duke Kvant Mərkəzi, Virciniya Texnologiya Kvant İnformasiya Elmi və Mühəndisliyi Mərkəzi, Kaltexin Kvant İnformasiya və Maddə İnstitutu, IonQ və BlueQubit tədqiqatçıları AdS/CFT yazışmalarına uyğun olaraq kvant cazibə qüvvəsinin oyuncaq modellərini uğurla simulyasiya ediblər. Kristal Noel və Çarlz Kaonun rəhbərlik etdiyi komandaya kvant hesablama qabaqcılları Con Preskill və Kristofer Monro daxildir.

IonQ Forte ion tələsi kvant kompüterindən istifadə edərək, tədqiqat kvant hesablama və kvant cazibə qüvvəsi arasında körpü yaradan maraqlı HaPPY kvant səhv korreksiyası kodunu tətbiq edir. Bu kod, sözdə həcm-sərhəd uyğunluğuna malik mənfi kosmoloji sabitə malik bir kainatın yüksək dərəcədə sadələşdirilmiş modelini simulyasiya edir. Bu modeldə daha yüksək ölçülü cazibə qüvvəsi kainatının (kütlə) xüsusiyyətləri sərhəddə cazibə qüvvəsi olmayan daha aşağı ölçülü kvant sistemi tərəfindən tamamilə müəyyən edilir. Komanda bu sistemlərin fundamental dolaşıqlıq xüsusiyyətlərini uğurla nümayiş etdirdi.

Nəzəri əsas: AdS/CFT nədir?

Təcrübəni başa düşmək üçün, bu günə qədər holoqrafik prinsipin ən uğurlu reallaşması olan anti-de-Sitter/konformal sahə nəzəriyyəsi (AdS/CFT) uyğunluğunun çərçivəsini araşdırmaq kömək edir. Bu, əvvəlcə Gerard ‘t Hooft tərəfindən irəli sürülən və Leonard Susskind tərəfindən təbliğ edilən kvant cazibə qüvvəsindəki bir ideyadır.(2+1) ölçülü anti-de-Sitter fəzası, hər biri müəyyən bir zamanda kainatın vəziyyətini təmsil edən hiperbolik disklər yığınına bənzəyir. Mənbə: Vikipediya

Bərk bir şorba qabını təsəvvür edin. Qabın içərisində (“kütlə”) cazibə qüvvəsi ilə idarə olunan bir kainat və anti-de-Sitter fəzası (AdS) adlanan əyri fəza-zaman fonu var. Burada “anti” fəzanı içəri çəkməyə çalışan cəlbedici cazibə təzyiqinə uyğun gələn mənfi kosmoloji sabitə (Λ < 0) aiddir, halbuki bizim real kainatımız kainatın sürətlə genişlənməsinə səbəb olan itələyici cazibə təzyiqinə uyğun gələn müsbət kosmoloji sabitə (Λ > 0) aiddir. AdS-in gülməli bir xüsusiyyəti “termos” effektidir: Əgər AdS-də bir fənər yandırsanız, işıq şüası əyiləcək, məhdud bir müddətdə kainatın sərhədinə çatacaq və əks etdirici bir qabda olduğu kimi sizə geri sıçrayacaq.

Bu arada, qutunun xaricindəki düz etiketlər (“sərhəd”) heç bir cazibə qüvvəsi olmayan aşağı ölçülü kvant hissəcikləri sistemini ehtiva edir . AdS/CFT vəziyyətində, bu, fəza-zamanın konformal transformasiyaları altında dəyişməz olan və tərcümələr, fırlanmalar və dartılma kimi bütün bucağı qoruyan transformasiyaları əhatə edən yüksək simmetrik konformal sahə nəzəriyyəsidir (CFT).

AdS/CFT uyğunluğu ilk dəfə 1997-ci ildə Juan Maldacena tərəfindən təklif edilmişdir. Bu, toplu və sərhəd sistemlərinin eyni fizikanın riyazi cəhətdən ekvivalent təsvirləri olduğunu müəyyən edir. Toplu kainatın daxilində baş verən hər şey – o cümlədən hissəciyin kosmos tərəfindən əyilmiş yolu – sərhəd səthində yerləşən hissəciklərin mürəkkəb kvant dolaşıqlıq nümunələrində mükəmməl şəkildə kodlanmışdır. Əsasən, içəridəki kosmos və cazibə qüvvəsi xaricdəki dolaşıqlıqdan birbaşa ortaya çıxan holoqrafik proyeksiya kimi düşünülə bilər.

Kvant xətasının düzəldilməsinə qoşulma: HaPPY kodu

Fiziklər sonlu, rəqəmsal kvant kompüterinin içərisində davamlı bir kainatı necə modelləşdirirlər? Bu tədqiqatda tədqiqatçılar xüsusi bir kvant səhvini düzəldən kod növünə gözəl bir əlaqədən istifadə etdilər.

Kvant məlumatlarını ətraf mühitin səs-küyündən (dekoherens) qorumaq üçün fiziklər hər bir məlumat parçasını — “məntiqi” kubiti — bir çox fiziki kubit arasında yayılmış yüksək dərəcədə dolaşıq vəziyyətə kodlaşdırırlar. Məlumat artıq, paylanmış şəkildə kodlandığı üçün sistem ümumi məntiqi məlumatı itirmədən lokal zədələnməyə (fiziki kubit öz vəziyyətini itirdiyi kimi) məruz qala bilər və bu da səhvlərin çox tez-tez baş vermədiyi təqdirdə düzəliş etməyə imkan verir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və gündəlik və ya həftəlik olaraq vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında yeniliklər əldə edin .

Diqqətəlayiq haldır ki, bu kompüter elmləri konsepsiyası AdS/CFT uyğunluğu vasitəsilə də həyata keçirilir. Bu çərçivədə, qravitasiya kütləsinin dərinliyində kodlanmış fiziki hadisələri və məlumatları sərhəddən bərpa etmək, məntiqi kubitin pozulmuş fiziki kubitlər şəbəkəsindən bərpa edilməsi ilə mahiyyət etibarilə eyni riyazi prosesdir.İki qatlı HaPPY kodlaşdırma şəbəkəsi və lokal dövrə primitivləri. Kredit: arXiv2607.12047_fig5. QLab

Sonlu kvant sistemlərindəki ikililiyi öyrənmək üçün tədqiqatçılar holoqrafik səhv düzəldici kodlardan istifadə edirlər və paradiqmatik nümunə yaradıcıları Harlow, Pastawski, Preskill və Yoshidanın adını daşıyan HaPPY kodudur . HaPPY kodu, AdS kainatının bir hissəsini təmsil etmək üçün hiperbolik fəzaya malik “mükəmməl” tensorlar şəbəkəsi istifadə edilərək qurulur. Bu şəbəkənin içərisində yerləşən məntiqi toplu kubitləri xarici kənarındakı fiziki sərhəd kubitləri ilə xəritələşdirərək, HaPPY kodu holoqrafik lüğətin əsas xüsusiyyətlərini təkrarlayır. Ən əsası, o, qravitasiya toplusundakı həndəsi sahələri sərhəddəki kvant dolaşıqlığı ilə əlaqələndirən Ryu-Takayanagi düsturuna tabedir.

Tutaq ki, səs-küy və ya düşmən HaPPY kodunun sərhədindəki fiziki kubitlərin böyük bir hissəsini pozur (silinmə xətası). “Acgöz” alqoritmdə, qalan pozulmamış sərhəd kubitlərindən başlaya bilərik. İşləyən sərhəd kubitləri dəsti şəbəkə daxilindəki mükəmməl tensorlardan birinə qoşulubsa, o, həmin tensorun riyazi xüsusiyyətlərindən istifadə edərək içəri “atəş” edə və arxasındakı məntiqi məkanı geri ala bilər. Pozulmuş sərhəd bölgəsi kifayət qədər kiçik olduğu müddətcə, alqoritm mərkəzə doğru irəliləyə, xətanı tamamilə keçə və məntiqi kubitləri yenidən qura bilər.

Eksperimental mərhələ: Folkner-Levkoviç-Maldasena düsturunun sınaqdan keçirilməsi

Holografik lüğətdə əsas giriş Ryu-Takayanagi düsturu və onun kvantla təkmilləşdirilmiş varisi olan Folkner-Levkoviç-Maldasena düsturudur . Bu tənliklər sərhəddəki A bölgəsinin dolaşıqlıq entropiyasının (kvant məlumatının ölçüsü) həcmdəki müvafiq minimal sahə səthi γ _{A ilə (məsələn, həcmə uzanan sabun filmi) və A və γ A} ilə əhatə olunmuş həcm həcmində yerləşən istənilən kvant maddəsinin entropiyası ilə düz mütənasib olduğunu bildirir :

S ( A ) _Sərhəd = Sahə(γ _A ) / 4 G _N + S _Toplu

Tədqiqatçılar IonQ Forte kvant kompüterindən istifadə edərək HaPPY kodunun təbəqələrini yüksək dərəcədə optimallaşdırılmış qapı ardıcıllıqlarına çevirdilər. Simulyasiya edilmiş toplu kubitlərin dolaşıqlığını (θ) sistematik şəkildə dəyişdirərək, tədqiqatçılar nəticədə yaranan entropiyaları çıxarmaq üçün tam kvant hal tomoqrafiyası apardılar. Onlar ilk dəfə eksperimental olaraq təsdiqlədilər ki, toplu maddə daha çox dolaşıqlaşdıqca, sərhəd entropiyası mükəmməl kilidləmə addımında artaraq hesablanmış həndəsi sahə terminini tamamilə sabit saxlayır – tam olaraq FLM düsturunun sabit fon məkanı üçün proqnozlaşdırdığı kimi.Dəqiq stabilizator HaPPY kodunun (yuxarıda) və sehrlə zənginləşdirilmiş HaPPY kodunun (aşağıda) konseptual və qapı səviyyəli sxemi. Mənbə: QLab

Məkan təhriflərini simulyasiya etmək üçün “sehr” yeritmək

Standart HaPPY kodu sərt bir fon kimi hərəkət etsə də, faktiki cazibə qüvvəsi dinamikdir: Maddə, fəza-zamanın həndəsəsini fiziki olaraq təhrif edən kütlə və enerjiyə malikdir (cazibə qüvvəsi əks reaksiyası). Standart HaPPY kodu əsas Klifford qapılarından qurulduğu üçün onun həndəsəsi tamamilə sərtdir və maddə vəziyyətlərindəki dəyişikliklərə reaksiya verə bilmir.

Bu əyilmənin analoqunu təqdim etmək üçün komanda kvant informasiya elmində “sehr” kimi tanınan qeyri-stabilizator resursları yeritdi. Kvant qapılarına qəsdən həddindən artıq və az fırlanmalar əlavə etməklə dövrə sərt Klifford məhdudiyyətlərindən uzaqlaşdırıldı.

Sehrli aktivləşdirmə ilə komanda protosahə entropiyasını (sərhəd və həcm entropiyaları arasındakı fərqi) ölçdü. Diqqətəlayiq haldır ki, onlar həndəsi sahə termininin artıq statik olmadığını müşahidə etdilər; əksinə, həcm kubitləri daha çox dolaşdıqca böyüdü. Bu, kvant maddəsinin mövcudluğunun ətrafdakı ortaya çıxan həndəsəni dəyişdirdiyi cazibə sistemi ilə analojidir.İki sehrlə zənginləşdirilmiş HaPPY kodu müvafiq məntiqi kubitlər arasındakı dolaşıqlıq vasitəsilə birləşdirilir. Kodlararası dolaşıqlığın artırılması qurd dəliyi analojiyasında effektiv uzunluğu azaldır. Mənbə: QLab

Çoxsistemli bağlantının araşdırılması

Nəhayət, tədqiqatçılar sehrlə zənginləşdirilmiş HaPPY kodunun iki tamamilə müstəqil nüsxəsi arasında məntiqi toplu sərbəstlik dərəcələrini qarışdıraraq kod sərhədlərini iki tərəfli bir konfiqurasiyaya çevirdilər.

Maldacena və Susskind tərəfindən irəli sürülən məşhur ER=EPR fərziyyəsinə görə, iki qara dəliyin bir-birinə dolaşması onların fəza-zamanlarını birləşdirən fiziki qurd dəliyi körpüsü yaradır. Bu kəşfiyyat dövrəsi quruluşunda tədqiqatçılar tək nüsxəli kodun tam əks tendensiyasını müşahidə etdilər: İki ayrı kod bloku arasındakı dolaşma artdıqca, ölçülmüş protosahə entropiyası azaldı . Holografik dildə entropiyanın bu azalması keyfiyyətcə qurd dəliyinin ağzının daralmasını və fəzanın iki fərqli bölgəsi arasındakı məsafəni qısaltmasını xatırladır.

Diqqətlə qeyd

Müəlliflərin vurğuladığı kimi, bu nəticələr mikroskopik kvant prosessoru daxilində diskretləşdirmədən sonra hesablanmış aşağı ölçülü imzalar və analoqlardır. Bu oyuncaq modellər bir ovuc kubitlə məhdudlaşdığı üçün onlar həmçinin “N=1” rejimində işləyirlər – bu da onların yalnız minlərlə və ya milyonlarla yüksək dərəcədə mürəkkəb kvant sərbəstlik dərəcəsi ilə işləyərkən ortaya çıxan əsl, hamar yarıklassik fəza-zaman fonuna malik olmadığını göstərir. Nəhayət, tədqiqat mənfi kosmoloji sabit Λ < 0 olan anti-de-Sitter fəzasına toxunur. Holoqrafik prinsipi faktiki genişlənən kainatımızda olduğu kimi Λ > 0 halına qədər genişləndirmək müasir sim nəzəriyyəsində və kvant cazibə qüvvəsində ən dərin və aktiv açıq problemlərdən biri olaraq qalır.

Nəşr detalları

Debopriyo Biswas və digərləri, Kvant kompüterində holoqrafik kodlarda cazibə qüvvəsinə bənzər imzaların müşahidəsi, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2607.12047

Jurnal məlumatı: arXiv 

Əsas anlayışlar

KosmologiyaKvant sahə nəzəriyyəsiSahə və sim nəzəriyyəsi modelləri və texnikalarıKvant cazibə qüvvəsi

Duke Universiteti tərəfindən təmin edilir