Квантовый компьютер помог физикам подтвердить теорию относительности

Данный эксперимент является своеобразным аналогом знаменитых опытов Майкельсона и Морли, пытавшихся еще в 1887 году подтвердить существование так называемого "эфира" — особой светоносной формы материи, по которой должны были распространяться волны света. По представлениям физиков того времени, эфир должен был обладать крайне причудливыми свойствами, и скорость света в нем должна была быть не постоянной, а зависящей от направления движения луча.

Опыты Морли и Майкельсона, а также появившаяся позже СТО Эйнштейна, положили конец этим заблуждениям, и сегодня физики считают, что свет и все остальные виды электромагнитного излучения движутся по всем направлениям с одинаковой (инвариантной) скоростью. Аналогичным образом, все физические законы работают одинаковым образом во всех системах отсчета и вне зависимости от углов их поворота.

Этот постулат является краеугольным камнем всех современных теорий, в том числе и Стандартной Модели физики, без которого они просто не будут работать. Тем не менее, существует небольшая группа физиков-маргиналов, которые сомневаются в том, что подобные опыты проводятся правильно, и продолжают верить в существование "светоносного эфира".

Группа ученых из Института ядерной физики в Гатчине (Россия) и университета Калифорнии в Беркли (США) открыли необычный способ еще раз доказать постоянство скорости света и инвариантность пространства, экспериментируя с кубитами — ячейками памяти и простейшими вычислительными модулями квантовых компьютеров.

Во время одного из экспериментов с квантовыми вычислениями исследователи заметили, что кубиты на базе электронов должны реагировать на малейшие изменения в структуре пространства, так как его неоднородность должна нарушать их работу в присутствии сильного магнитного поля. Это натолкнуло их на мысль, что подобные ячейки памяти можно использовать примерно так же, как Морли и Майкельсон использовали лучи света и зеркала для поисков светоносного эфира.

Руководствуясь этой идеей, авторы статьи создали два одинаковых электронных кубита, "сплели" их на квантовом уровне, и на протяжении суток следили за тем, будет ли нарушаться связь между ними по мере вращения Земли по орбите и вокруг своей оси.

Как и ожидали ученые, им не удалось найти следов подобных нарушений, причем вероятность того, что результат эксперимента ошибочен, исчезающе мала — один на миллиард миллиардов (10 в 18 степени), что в пять раз ниже, чем погрешности в самых лучших попытках "оптической" проверки инвариантности пространства.

"Впервые нам удалось использовать инструменты, используемые для передачи и обработки квантовой информации, для проверки фундаментальных видов симметрии. Иными словами, нам удалось создать квантовое состояние, которое в принципе не реагирует на фоновый шум и при этом остается чувствительным по отношению к нарушениям в структуре пространства. Нас сильно удивило то, что эксперимент сразу сработал, и теперь у нас есть фантастический метод для измерений самых малейших возмущений пространства", — приводятся в статье слова одного из авторов, Хармута Хэффнера (Harmut Haeffner) из университета Калифорнии в Беркли.

По словам Хэффнера, столь высокая планка — далеко не предел для кубитов. Точность таких измерений можно будет улучшить более чем в десять тысяч раз, если заменить "обычные" кубиты на базе кальция на более чувствительные ячейки памяти, построенные на основе иттербия, редкоземельного металла. Если ученым удастся реализовать эту идею, то физики могут задуматься об использовании такого инструмента для поиска частиц неуловимой темной материи, заключает исследователь.