Simulovaná červí díra. Kredit: inqnet/A. Mueller (Caltech).

Červí díry si obvykle představujeme jako šikovné zkratky časoprostorem, které významně usnadní cestu z bodu A do bodu B, zvlášť pokud se jejich vzdálenost měří ve světelných rocích. Je to přitažlivá science-fiction a přitom záležitost až překvapivě blízká realitě. Červí díry vykukují z rovnic obecné relativity, i když je jasné, že jejich případné vytvoření nebude žádná legrace.

Maria Spiropúlu. Kredit: CERN.

Fyzici červí díry studují už řadu desetiletí. Stále se ale utápějí v modelech, které jsou navzájem konfliktní, a z kterých nevede přímá cesta ven. Vědci by potřebovali pozorovat červí díry, aby se o nich dozvěděli víc, a zároveň se o nich potřebují dozvědět víc, aby je vůbec mohli pozorovat. Je to začarovaný kruh. Do jisté míry ho mohou prorazit počítačové simulace, které fyzikům umožňují studovat některé aspekty černých děr, aniž by je měli přímo na stole v laboratoři.

Vlevo kvantový obvod použitý k simulaci červí díry. Vpravo kvantový procesor Sycamore. Kredit: Google.

Částicová fyzička Maria Spiropúluová z amerického institutu Caltech a její spolupracovníci poprvé vytvořili pokročilé a detailní simulace červí díry. Zaměřili se přitom na souvislosti mezi červími děrami a kvantovou mechanikou. Ostatně, předpokládané chování červích děr, které by měly přenášet hmotu mezi různými částmi vesmíru jako mrknutím oka, nápadně připomíná kvantovou teleportaci mezi entanglovanými částicemi.

Je příznačné, že badatelé pro náročné simulace využili kvantový procesor Sycamore od Google. Klíčovým prvkem jejich simulací byl model z černoděrové fyziky Sachdev–Ye–Kitaev, čili SYK model, který je vhodný pro počítačové kvantové simulace. V tomto případě tým Spiropúluové použil dva zjednodušené konstrukty SYK (model Sachdev–Ye–Kitaev), které v simulaci kvantově provázali a posílali mezi nimi kvantovou informaci. Jejich simulace přitom nezahrnovala jen kvantovou teleportaci, ale také kvantovou gravitaci. Jde o realistickou simulaci toho, jak by v reálném světě fungovala průchozí červí díra.

Odborníci již dávno předpověděli, že pro udržení červí díry po dobu nutnou k tomu, aby něco hmotného prošlo skrz, bude nutné dodat negativní energii. Spiropúluová s kolegy potvrdili, že jim simulovaná červí díra fungovala, jen když ji zasáhli simulovanou negativní energií. Je zřejmé, že reálné díry skrz časoprostor to ještě nejsou, i když u kvantových systémů jeden nikdy neví. Spiropúluová si pochvaluje, že dnešní kvantové hardware zvládne kvantové systémy s gravitační červí dírou. Pro fyziky se tím otevírá nový svět, v němž bychom mohli lépe pochopit, jak to s červími děrami vlastně je.

Video: 2018 - Maria Spiropulu - From Very High Energy Collisions to the Higgs Boson and Quantum Computing

Literatura

New Atlas 30. 11. 2022.

Nature 612: 51–55.