Quantumcomputer van Google creëert ‘wormgat’

Beeld: Een ‘echt’, kosmische wormgat wordt meestal voorgesteld als een tunnel buiten de ruimtetijd om, een binnenweg die toelaat sneller dan het licht te reizen of terug of vooruit in de tijd. Credit: Credit: inqnet/A. Mueller (Caltech)

Uit de ingewikkelde veldvergelijkingen van Einsteins relativiteitstheorie komen niet alleen zwarte gaten voort, plekken waar de zwaartekracht zo groot is dat zelfs licht er niet meer kan ontsnappen, maar ook wormgaten. Dat zijn verbindingen in verafgelegen gebieden in de ruimtetijd die, mochten ze ‘open’ zijn en toegankelijk voor licht of materie, als sluipweg zouden kunnen dienen. Om in een mum van tijd van de Melkweg naar een ander sterrenstelsel te reizen, bijvoorbeeld. En ook om in de tijd zelf te reizen, naar het verleden of naar de toekomst. Maar in tegenstelling tot zwarte gaten, waarvan we tegenwoordig zelfs al foto’s kunnen maken, bestaan wormgaten vooralsnog enkel in theorie.

Al geldt dat alleen voor de ‘echte’, kosmische wormgaten. Want in het vakblad Nature beschrijven Amerikaanse onderzoekers¹ deze week hoe ze een quantumfysisch equivalent van een wormgat hebben gecreëerd. Een open wormgat zelfs, waardoorheen ze informatie konden sturen. En dat terwijl wormgaten in de algemene relativiteitstheorie normaliter gesloten zijn. De vorsers gebruikten hiervoor de Sycamore, de quantumcomputer (of het prototype daarvan) waaraan internetreus Google al enkele jaren werkt. Het apparaat, dat uit 53 zogeheten quantumbits (‘qubits’) bestaat, kwam in 2019 nog in het nieuws nadat het een welbepaalde berekening veel sneller had uitgevoerd dan de snelste klassieke supercomputer.

En nu heeft de Sycamore dus zowaar een wormgat gemaakt. Het is een zogenaamd holografisch duaal exemplaar, wat betekent dat de creatie kenmerken vertoont die kunnen worden geïnterpreteerd als een mix van quantum- en zwaartekrachteffecten. Want dat zegt het holografische principe in de theoretische fysica: dat de quantumeffecten die opduiken bij kosmische fenomenen zoals zwarte gaten of neutronensterren (waar de zwaartekracht immens is) ook kunnen worden beschreven door theorieën waarin die zwaartekracht afwezig is. Zulke vereenvoudigde theorieën heten ‘duaal’ en kunnen helpen bij de zoektocht naar een geünificeerd model waarin de quantummechanica met de algemene relativiteitstheorie wordt verzoend – de quantumzwaartekracht. Omdat duale theorieën doorgaans minder dimensies omvatten, worden ze holografisch genoemd – net zoals een hologram een weergave is van een driedimensionaal beeld in twee dimensies.

Sneller dan het licht

De vorsers van Google hebben op hun quantumcomputer een holografisch duaal wormgat gecreëerd, waarbij de zwaartekracht dus geen rol speelde. Ze gebruikten dat vervolgens om de toestand van een qubit instantaan (sneller dan het licht) te verplaatsen of te ‘teleporteren’ van het ene gedeelte van de computer naar het andere. Of beter: van de ene verzameling qubits naar de andere, want bij het experiment waren maar negen van de 53 qubits van de Sycamore betrokken. Dat het überhaupt mogelijk bleek om informatie doorheen het holografisch duale wormgat te sturen, en dat dit dus kon worden geopend, betekent mogelijk dat dit ook kan bij ‘echte’ wormgaten, als die bestaan. Mogelijk speelt zogeheten negatieve energie hierbij een rol, energie die een soort van anti-zwaartekracht opwekt en die de ruimtetijd niet samentrekt maar verder uit elkaar duwt.

Het wormgat-experiment van de Google-onderzoekers toont dat een mogelijke theorie van de quantumzwaartekracht kan worden verkend, en dus beter worden begrepen, door aspecten ervan na te bootsen op een quantumcomputer. En ook daarbij komt het erop aan om zo veel mogelijk – in ieder geval veel meer dan negen – qubits foutloos samen te laten rekenen. Want hoe meer qubits, hoe hoger de resolutie van de hologrammen van wormgaten en van misschien nog andere bizarre kosmologische concepten die voorlopig enkel in theorie bestaan.

Noten

1. Jafferis et al., Harvard University, Cambridge, VS in Nature