Квантов компютър потвърди теорията на относителността

Учените успяха за пореден път да докажат справедливостта на специалната теория на относителността (СТО) на Айнщайн благодарение на използването на кюбити – квантови клетки памет – за демонстрация на това, че светлината се движи във всички посоки с еднаква скорост.

Международен екип от физици открили необичайно приложение за квантовия компютър – те използвали кюбити за демонстрация на това, че светлината се движи с еднаква скорост във всички посоки, което на свой ред доказва за пореден път специалната теория на относителността (СТО) на Айнщайн, се казва в статия, публикувана в сп. Nature.

Този експеримент се явява своеобразен аналог на прочутите експерименти на Майкелсън и Морли, опитали се още през 1887 година да потвърдят съществуването на така наречения ефир – специфична светоносна форма на материята, по която трябва да се разпространяват вълните светлина.

Според представите на физиците от онова време ефирът трябвало да притежава изключително ексцентрични свойства и скоростта на светлината в него следвало да не е постоянна, а зависеща от посоката на движение на лъча.

Опитите на Морли и Майкелсън, както и появилата се по-късно СТО на Айнщайн сложили край на тези заблуди и днес физиците смятат, че светлината и всички останали видове електромагнитно лъчение се движат във всички посоки с еднаква (инвариантна) скорост. По аналогичен начин всички физични закони работят по еднакъв начин с всички системи за изчисления и независимо от техния ъгъл.

Този постулат се явява крайъгълен камък на всички съвременни теории, включително и Стандартния физичен модел, без който те просто не могат да работят. И все пак съществува малка група физици, които се съмняват, че подобни опити се провеждат правилно, и продължават да вярват в съществуването на „светоносния ефир“.

Екип учени от Института за ядрена физика в Гатчина (Русия) и Калифорнийския университет в Бъркли (САЩ) са открили необичаен начин още веднъж да докажат постоянството на скоростта на светлината и инвариантността на пространството, като експериментирали с кюбити – клетки памет и прости изчислителни модули на квантовите компютри.

По време на един от експериментите с квантови изчисления изследователите забелязали, че кюбитите на база електрони трябва да реагират на най-малките изменения в структурата на пространството, тъй като неговата нееднородност трябва да нарушава тяхната работа в присъствието на силно магнитно поле. Това ги навело на мисълта, че подобни клетки памет могат да се използват по същия начин, както Морли и Майкелсън използвали лъчи светлина и огледала за търсене на светоносния ефир.

Ръководени от тази идея, авторите на статията създали два еднакви електронни кюбита, „заплели“ ги на квантово ниво и в продължение на денонощие следили дали ще се наруши връзката между тях с въртенето на Земята по орбита и около своята ос.

Както и очаквали учените, не успели да открият следи от подобни нарушения, като вероятността резултатът от експеримента да е грешен е пренебрежимо малка – едно на милиард милиарда (10¹⁸), което е пет пъти по-малко от грешките в най-добрите опити на „оптична“ проверка на инвариантността на пространството.

„За първи път успяхме да използваме инструменти, използвани за предаване и обработка на квантова информация, за проверка на фундаментални видове симетрия. С други думи, успяхме да създадем квантово състояние, което по принцип не реагира на фоновия шум и при това остава чувствително спрямо нарушенията в структурата на пространството.

Силно ни учуди това, че експериментът сработи веднага, и сега имаме фантастичен метод за измерване на най-малките смущения на пространството“, казва Хармут Хафнер от Калифорнийския университет в Бъркли, един от авторите на статията.

Според Хафнер толкова висока летва далеч не е предел за кюбитите. Точността на такива измервания може да се подобри повече от десет хиляди пъти, ако се заменят „обичайните“ кюбити на база калций с по-чувствителни клетки памет, построени на основа на редкия елемент итербий.

Ако учените успеят да реализират тази идея, то физиците може да се замислят за използването на такъв инструмент за търсене на частиците неуловима материя, заключава изследователят.