ஆய்வகத்தில் ‘குவாண்டம் ஈர்ப்பு’ பற்றி ஆய்வு செய்வதற்கான ஒரு படியாக இந்த ஆராய்ச்சி உள்ளது

“இன்றைய குவாண்டம் வன்பொருளில் செயல்படுத்த போதுமான அளவு சிறியதாக இருந்தாலும், ஈர்ப்பு விசையின் முக்கிய பண்புகளை வெளிப்படுத்தும் குவாண்டம் அமைப்பை நாங்கள் கண்டறிந்தோம்,” என்கிறார் அடிப்படை இயற்பியலுக்கான அமெரிக்க எரிசக்தி அலுவலக ஆராய்ச்சி திட்டத்தின் முதன்மை ஆய்வாளர் மரியா ஸ்பிரோபுலு. (QCCFP) மற்றும் கால்டெக்கில் இயற்பியல் பேராசிரியர் ஷாங்-யி சென். “இந்த வேலை குவாண்டம் கணினியைப் பயன்படுத்தி குவாண்டம் ஈர்ப்பு இயற்பியலைச் சோதிக்கும் ஒரு பெரிய திட்டத்தை நோக்கிய ஒரு படியாகும். இது குவாண்டம் உணர்திறனைப் பயன்படுத்தி எதிர்காலத்தில் குவாண்டம் ஈர்ப்பு விளைவுகளை ஆராயக்கூடிய பிற திட்டமிட்ட சோதனைகளைப் போலவே குவாண்டம் ஈர்ப்பு விசையின் நேரடி ஆய்வுகளுக்கு மாற்றாக இல்லை. , ஆனால் இது குவாண்டம் புவியீர்ப்பு யோசனைகளை செயல்படுத்த ஒரு சக்திவாய்ந்த சோதனை படுக்கையை வழங்குகிறது.”

இந்த ஆய்வு டிசம்பர் 1ம் தேதி இதழில் வெளியிடப்படும் இயற்கை. ஆய்வின் முதல் ஆசிரியர்கள் ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழகத்தின் டேனியல் ஜாஃபரிஸ் மற்றும் கால்டெக்கின் முன்னாள் இளங்கலை மாணவர் அலெக்சாண்டர் ஸ்லோகபா (BS ’21), ஸ்பைரோபுலுவுடன் தனது இளங்கலை ஆய்வறிக்கைக்காக இந்தத் திட்டத்தைத் தொடங்கினார், பின்னர் MIT இல் பட்டதாரி பள்ளிக்குச் சென்றார்.

வார்ம்ஹோல்கள் என்பது விண்வெளி நேரத்தில் இரண்டு தொலைதூர பகுதிகளுக்கு இடையிலான பாலங்கள். அவை சோதனை ரீதியாக கவனிக்கப்படவில்லை, ஆனால் விஞ்ஞானிகள் அவற்றின் இருப்பு மற்றும் பண்புகளைப் பற்றி 100 ஆண்டுகளுக்கும் மேலாகக் கோட்பாட்டு வைத்துள்ளனர். 1935 ஆம் ஆண்டில், ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் மற்றும் நாதன் ரோசன் ஆகியோர் ஐன்ஸ்டீனின் பொது சார்பியல் கோட்பாட்டின் படி, விண்வெளி நேரத்தின் வளைவு என ஈர்ப்பு விசையை விவரிக்கும் வகையில், விண்வெளி நேரத்தின் துணி மூலம் வார்ம்ஹோல்களை சுரங்கங்கள் என்று விவரித்தனர். ஆராய்ச்சியாளர்கள் வார்ம்ஹோல்களை ஐன்ஸ்டீன்-ரோசன் பிரிட்ஜ்கள் என்று அழைக்கிறார்கள், இரண்டு இயற்பியலாளர்கள் அவற்றை அழைத்தனர், அதே நேரத்தில் “வார்ம்ஹோல்” என்ற சொல் 1950 களில் இயற்பியலாளர் ஜான் வீலரால் உருவாக்கப்பட்டது.

வார்ம்ஹோல்ஸ் மற்றும் குவாண்டம் இயற்பியல், குறிப்பாக சிக்கல் (இரண்டு துகள்கள் பரந்த தூரத்தில் இணைக்கப்பட்டிருக்கும் ஒரு நிகழ்வு), ஒரு தொடர்பைக் கொண்டிருக்கலாம் என்ற கருத்து ஜுவான் மால்டசேனா மற்றும் லியோனார்ட் சஸ்கிண்ட் ஆகியோரால் முதன்முதலில் 2013 இல் கோட்பாட்டு ஆராய்ச்சியில் முன்மொழியப்பட்டது. அல்லது “ER”) சிக்கலுக்குச் சமமானவை (ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன், போரிஸ் பொடோல்ஸ்கிக்குப் பிறகு “EPR” என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. [PhD ’28], மற்றும் நாதன் ரோசன், முதலில் கருத்தை முன்மொழிந்தவர்). சாராம்சத்தில், இந்த வேலை புவியீர்ப்பு மற்றும் குவாண்டம் இயற்பியல் உலகங்களுக்கு இடையே ஒரு புதிய வகையான தத்துவார்த்த இணைப்பை நிறுவியது. “இது மிகவும் தைரியமான மற்றும் கவிதை யோசனை,” ER = EPR பணியின் ஸ்பைரோபுலு கூறுகிறார்.

பின்னர், 2017 ஆம் ஆண்டில், ஜாஃபரிஸ், அவரது சகாக்களான பிங் காவோ மற்றும் அரோன் வால் ஆகியோருடன் சேர்ந்து, ER = EPR ஐடியாவை வெறும் வார்ம்ஹோல்களுக்கு மட்டுமின்றி, கடந்து செல்லக்கூடிய வார்ம்ஹோல்களுக்கும் விரிவுபடுத்தினார். விஞ்ஞானிகள் ஒரு காட்சியை உருவாக்கியுள்ளனர், இதில் எதிர்மறை விரட்டும் ஆற்றல் ஒரு வார்ம்ஹோலை ஒரு முனையிலிருந்து மறுமுனைக்குச் செல்லும் அளவுக்கு நீண்ட நேரம் திறந்திருக்கும். பயணிக்கக்கூடிய புழு துளையின் இந்த ஈர்ப்பு விளக்கம் குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷன் எனப்படும் செயல்முறைக்கு சமம் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் காட்டினர். குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷனில், ஆப்டிகல் ஃபைபர் மற்றும் காற்றின் வழியாக நீண்ட தூரங்களுக்கு சோதனை ரீதியாக நிரூபிக்கப்பட்ட ஒரு நெறிமுறை, குவாண்டம் சிக்கலின் கொள்கைகளைப் பயன்படுத்தி விண்வெளி முழுவதும் தகவல் கொண்டு செல்லப்படுகிறது.

தற்போதைய வேலை குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷன் மூலம் வார்ம்ஹோல்களின் சமநிலையை ஆராய்கிறது. கால்டெக் தலைமையிலான குழு விண்வெளியில் ஒரு புள்ளியில் இருந்து மற்றொரு இடத்திற்கு பயணிக்கும் தகவல்களை புவியீர்ப்பு மொழி (வார்ம்ஹோல்கள்) அல்லது குவாண்டம் இயற்பியல் (குவாண்டம் என்டாங்கிள்மென்ட்) மொழியில் விவரிக்கலாம் என்ற கருத்தை ஆராயும் முதல் சோதனைகளை மேற்கொண்டது.

2015 ஆம் ஆண்டில் சாத்தியமான சோதனைகள் தூண்டப்பட்ட ஒரு முக்கிய கண்டுபிடிப்பு, கால்டெக்கின் அலெக்ஸி கிடேவ், கோட்பாட்டு இயற்பியல் மற்றும் கணிதத்தின் பேராசிரியரான ரொனால்ட் மற்றும் மேக்சின் லிண்டே, ஒரு எளிய குவாண்டம் அமைப்பு பின்னர் காவோ, ஜாஃபரிஸ் மற்றும் வால் விவரித்த அதே இரட்டைத்தன்மையை வெளிப்படுத்த முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது. மாதிரியின் குவாண்டம் இயக்கவியல் குவாண்டம் ஈர்ப்பு விளைவுகளுக்குச் சமமானது. இந்த Sachdev-Ye-Kitaev, அல்லது SYK மாதிரி (Kitaev, மற்றும் Subir Sachdev மற்றும் Jinwu Ye, இதற்கு முன்பு அதன் வளர்ச்சியில் பணியாற்றிய மற்ற இரண்டு ஆராய்ச்சியாளர்களின் பெயரிடப்பட்டது) சில தத்துவார்த்த வார்ம்ஹோல் யோசனைகளை சோதனைகள் செய்வதன் மூலம் இன்னும் ஆழமாக ஆய்வு செய்யலாம் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் பரிந்துரைத்தனர். குவாண்டம் செயலிகள்.

இந்த யோசனைகளைத் தொடர்ந்து, 2019 ஆம் ஆண்டில், ஜாஃபரிஸ் மற்றும் காவோ இரண்டு SYK மாதிரிகளை சிக்க வைப்பதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் வார்ம்ஹோல் டெலிபோர்ட்டேஷன் செய்ய முடியும், இதனால் பயணிக்கக்கூடிய வார்ம்ஹோல்களில் இருந்து எதிர்பார்க்கப்படும் மாறும் பண்புகளை உருவாக்கி அளவிட முடியும்.

புதிய ஆய்வில், இயற்பியலாளர்கள் குழு முதல் முறையாக இந்த வகையான பரிசோதனையை மேற்கொண்டது. அவர்கள் புவியீர்ப்பு பண்புகளைப் பாதுகாக்கத் தயாரிக்கப்பட்ட “குழந்தை” SYK போன்ற மாதிரியைப் பயன்படுத்தினர், மேலும் அவர்கள் கூகுளில் உள்ள குவாண்டம் சாதனமான சைகாமோர் குவாண்டம் செயலியில் வார்ம்ஹோல் இயக்கவியலைக் கவனித்தனர். இதை நிறைவேற்ற, குழு முதலில் SYK மாதிரியை எளிமைப்படுத்தப்பட்ட வடிவத்திற்கு குறைக்க வேண்டியிருந்தது, இது வழக்கமான கணினிகளில் இயந்திர கற்றல் கருவிகளைப் பயன்படுத்தி அவர்கள் அடைந்த சாதனையாகும்.

“தற்போதைய குவாண்டம் கட்டமைப்புகளில் குறியிடப்படக்கூடிய எளிய SYK போன்ற குவாண்டம் அமைப்பைக் கண்டுபிடித்து தயாரிப்பதற்கு நாங்கள் கற்றல் நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தினோம், அது ஈர்ப்பு பண்புகளைப் பாதுகாக்கும்” என்கிறார் ஸ்பைரோபுலு. “வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், SYK குவாண்டம் அமைப்பின் நுண்ணிய விளக்கத்தை நாங்கள் எளிமைப்படுத்தி, குவாண்டம் செயலியில் கண்டறிந்த பயனுள்ள மாதிரியை ஆய்வு செய்தோம். மாதிரியின் ஒரு குணாதிசயத்தின் மேம்படுத்தல் மற்ற அளவீடுகளை எவ்வாறு பாதுகாத்தது என்பது ஆர்வமாகவும் ஆச்சரியமாகவும் இருக்கிறது! மாடலைப் பற்றிய சிறந்த நுண்ணறிவைப் பெற கூடுதல் சோதனைகளைத் திட்டமிடுகிறது.”

சோதனையில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு குவிட்டைச் செருகினர் – வழக்கமான சிலிக்கான் அடிப்படையிலான கணினிகளில் குவாண்டம் சமமான பிட் — அவர்களின் SYK போன்ற அமைப்புகளில் ஒன்றில் மற்றும் மற்ற அமைப்பிலிருந்து தகவல் வெளிவருவதைக் கவனித்தனர். தகவல் ஒரு குவாண்டம் அமைப்பிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷன் மூலம் பயணித்தது — அல்லது, ஈர்ப்பு விசையின் நிரப்பு மொழியில் பேசினால், குவாண்டம் தகவல் பயணிக்கக்கூடிய வார்ம்ஹோல் வழியாக அனுப்பப்பட்டது.

“புவியீர்ப்பு படத்தில் கடக்கக்கூடிய வார்ம்ஹோலுக்கு சமமான ஒரு வகையான குவாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷனை நாங்கள் செய்தோம். இதைச் செய்ய, குவாண்டம் அமைப்பை நாங்கள் எளிதாக்க வேண்டும், இது ஈர்ப்பு பண்புகளைப் பாதுகாக்கிறது, எனவே அதை Google இல் உள்ள சைகாமோர் குவாண்டம் செயலியில் செயல்படுத்த முடியும். ” என்கிறார் ஸ்லோகபா.

கால்டெக்கின் பட்டதாரி மாணவியான இணை ஆசிரியர் சமந்தா டேவிஸ் மேலும் கூறுகிறார், “முடிவுகளுக்கு வருவதற்கு இது மிகவும் நீண்ட நேரம் எடுத்தது, மேலும் இதன் விளைவாக நாங்கள் ஆச்சரியப்பட்டோம்.”

“இந்த வகை சோதனையின் நெருங்கிய முக்கியத்துவம் என்னவென்றால், புவியீர்ப்பு முன்னோக்கு ஒரு மர்மமான பல-துகள் குவாண்டம் நிகழ்வைப் புரிந்துகொள்ள எளிய வழியை வழங்குகிறது,” என்கிறார் ஜான் ப்ரெஸ்கில், கால்டெக்கின் தத்துவார்த்த இயற்பியல் பேராசிரியரும் இயக்குநருமான ரிச்சர்ட் பி. குவாண்டம் தகவல் மற்றும் பொருளுக்கான நிறுவனம் (IQIM). “இந்தப் புதிய கூகுள் பரிசோதனையில் நான் சுவாரஸ்யமாகக் கண்டது என்னவென்றால், இயந்திரக் கற்றல் மூலம், புவியீர்ப்புப் படம் என்ன முன்னறிவிக்கிறது என்பதை நியாயமான கேலிச்சித்திரத்தைத் தக்கவைத்துக்கொண்டு, ஏற்கனவே இருக்கும் குவாண்டம் இயந்திரத்தில் உருவகப்படுத்தும் அளவுக்கு சிஸ்டத்தை எளிமையாக்க முடிந்தது.”

ஆய்வில், இயற்பியலாளர்கள் வார்ம்ஹோல் நடத்தை புவியீர்ப்பு மற்றும் குவாண்டம் இயற்பியலில் இருந்து எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, குவாண்டம் தகவலை சாதனம் முழுவதும் அனுப்பலாம் அல்லது பல்வேறு வழிகளில் டெலிபோர்ட் செய்ய முடியும், சோதனை செயல்முறையானது ஒரு வார்ம்ஹோல் வழியாக தகவல் பயணித்தால் என்ன நடக்கும் என்பதற்குச் சமமானதாகக் காட்டப்பட்டது. இதைச் செய்ய, குழு எதிர்மறை விரட்டும் ஆற்றல் துடிப்பு அல்லது எதிர், நேர்மறை ஆற்றலின் பருப்புகளைப் பயன்படுத்தி “வார்ம்ஹோலைத் திறக்க” முயற்சித்தது. வார்ம்ஹோல்கள் எவ்வாறு செயல்படும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது என்பதற்குச் சமமான எதிர்மறை ஆற்றலைப் பயன்படுத்தும்போது மட்டுமே கடந்து செல்லக்கூடிய புழு துளையின் முக்கிய கையொப்பங்களை அவர்கள் கவனித்தனர்.

“நாங்கள் பயன்படுத்திய குவாண்டம் செயலியின் உயர் நம்பகத்தன்மை அவசியம்” என்கிறார் ஸ்பைரோபுலு. “பிழை விகிதங்கள் 50 சதவிகிதம் அதிகமாக இருந்தால், சிக்னல் முழுவதுமாக மறைக்கப்பட்டிருக்கும். பாதியாக இருந்தால் நமக்கு 10 மடங்கு சமிக்ஞை கிடைத்திருக்கும்!”?

எதிர்காலத்தில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த வேலையை மிகவும் சிக்கலான குவாண்டம் சுற்றுகளுக்கு நீட்டிக்க நம்புகிறார்கள். நம்பத்தகுந்த குவாண்டம் கணினிகள் இன்னும் பல வருடங்கள் தொலைவில் இருந்தாலும், தற்போதுள்ள குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் தளங்களில் இதுபோன்ற சோதனைகளை தொடர்ந்து செய்ய குழு திட்டமிட்டுள்ளது.

“குவாண்டம் சிக்கல், விண்வெளி நேரம் மற்றும் குவாண்டம் ஈர்ப்பு ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான உறவு அடிப்படை இயற்பியலில் மிக முக்கியமான கேள்விகளில் ஒன்றாகும் மற்றும் கோட்பாட்டு ஆராய்ச்சியின் செயலில் உள்ள பகுதி” என்கிறார் ஸ்பைரோபுலு. “குவாண்டம் வன்பொருளில் இந்த யோசனைகளைச் சோதிப்பதற்கு இந்த சிறிய படியை எடுப்பதில் நாங்கள் மகிழ்ச்சியடைகிறோம், மேலும் தொடருவோம்.”

“குவாண்டம் செயலியில் பயணிக்கக்கூடிய வார்ம்ஹோல் இயக்கவியல்” என்ற தலைப்பிலான ஆய்வு, QCCFP ஆராய்ச்சி திட்டத்தின் மூலம் அமெரிக்க அறிவியல் துறையின் ஆற்றல் அலுவலகத்தால் நிதியளிக்கப்பட்டது. மற்ற ஆசிரியர்கள் பின்வருமாறு: ஃபெர்மிலாபின் ஜோசப் லிக்கன்; டேவிட் கோல்ச்மேயர், முன்பு ஹார்வர்டில் மற்றும் இப்போது எம்ஐடியில் போஸ்ட்டாக்; நிகோலாய் லாக், முன்பு கால்டெக்கில் போஸ்ட்டாக்; மற்றும் கூகுளின் ஹார்ட்மட் நெவன்.