Kuantum ışınlanması yalnızca bilim kurgu değildir; bu tamamen gerçektir ve bugün laboratuvarlarda gerçekleşmektedir. Ancak kuantum parçacıklarını ve bilgiyi ışınlamak, insanları uzaya ışınlamaktan çok uzaktır. Bazı açılardan daha da şaşırtıcı.

John PreskillCalifornia Teknoloji Enstitüsü'nde teorik fizikçi olan , kuantum hesaplama ve bilginin önde gelen teorisyenlerinden biridir. Bu bölümde yardımcı sunucu jana levin Dolanıklık, parçaların kıyıdan kıyıya ışınlanması ve kuantum teknolojisinin devrim niteliğindeki vaatleri hakkında onunla röportaj yapıyor.

Dinle Apple Podcast'leri, Spotify, Google Podcast'ler, TuneIn veya favori podcasting uygulamanız veya şuradan yayınla Kuantum.

Transkript

JAnna Levin: Işınlanma kelimesini söylediğimde aklıma ne geliyor? Belki de gelen ışınlayıcıdır Star Trek Mürettebatın anında bir gezegene veya zamanda yolculuk yapan TARDIS'e ışınlanması Doctor Who. Bilim kurguda ışınlanma, insanları yolculukta zaman kaybetmeden bir yerden başka bir yere ulaştırmak için uygun bir cihazdır.

Peki kuantum ışınlanma? Bu çok farklı ve tamamen gerçek bir şey.

Ben Janna Levin ve bu da "The Joy of Why" adlı podcast'ten. Quanta Dergisiyardımcı sunucumla birlikte sırayla mikrofona bakıyorum, Steve Strogatz, günümüzün matematik ve fen bilimlerindeki en büyük sorularından bazılarını keşfediyoruz.

Kuantum ışınlanma, arada yolculuk yapmadan bir yerden kaybolup başka bir yerde görünme gücüdür. Filmlerle asla boy ölçüşemeyecek olsak da, teknoloji muhtemelen iletişimde, bilgisayarlarda ve etrafımızdaki dünyaya dair anlayışımızda devrim yaratacak.

Bugün kuantum ışınlanma konusunda önde gelen uzmanlardan biri aramıza katılıyor. John Preskill Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nde teorik fizik profesörü ve Kuantum Bilgi ve Madde Enstitüsü'nün kurucusu ve şu anki liderlik başkanıdır. Araştırmaları parçacık fiziğini, kuantum alan teorisini ve erken evrenin ve kara deliklerin kuantum yönlerini araştırdı. Şu anki çalışması, bu araştırmayı kuantum hesaplama ve bilgi alanındaki zorlu sorunlara uyguluyor. John, "Neden Sevinci"ne hoş geldin.

JOHN PRESKILL: Burada olduğum için mutluyum, Janna.

- LEVİN: Senin burda olmandan memnunum. Bu inanılmaz derecede teknik konunun ayrıntılarına girmek istiyorum ama bize temel kavramlardan biriyle başlayabilir misiniz? dolaşma fikrikuantum dolaşıklığı mı?

ÖN BECERİ: Dolaşıklık, bir kuantum sisteminin parçaları arasındaki karakteristik korelasyonlar için kullandığımız kelimedir.

Öncelikle korelasyondan ne anlıyoruz? Sıradan bitler için korelasyonlardan bahsedebiliriz. Diyelim ki elinizde 0 ya da 1 olan bir bit var. Benim de ya 0 ya da 1 olan bir bitim var. O zaman ikimizde 0 varsa ya da ikimizde de 1 varsa, bu bitlerimiz arasındaki korelasyondur.

Kübitler söz konusu olduğunda da benzer şekilde ilişkilendirilebilirler. Kübiti gözlemlediğimizde veya ölçtüğümüzde bir bitin kuantum analoğu - biraz kazanırız. Ancak kuantum vakasında farklı olan şey, bir kübite bakmanın birden fazla yolu olmasıdır.

Yani içinde biraz bulunan bir kutu gibi düşünebilirsiniz. İçinde ya 0 ya da 1 var. Ve kutunun içine bakmanın iki yolu var. İki kapısı var. Ya 1 numaralı kapıyı açabilirim ya da 2 numaralı kapıyı açabilirim. Ve her iki tarafta da biraz görüyorum.

Ve her iki yol için de bir korelasyona sahip olabiliriz. Eğer ikimiz de 1 Numaralı Kapıyı açarsak, sizin edindiğiniz bit ile benim edindiğim bit arasında bir korelasyon görürüz. Ve eğer ikimiz de Kapı #2'yi açarsak, genel olarak farklı olabilecek bir korelasyon görürüz.

Ve bir kübite bakmanın birden fazla tamamlayıcı yoluna sahip olduğumuz için, bunların sıradan bitler arasındaki korelasyonlardan daha ilginç ve karmaşık korelasyonları var.

Ancak işin sırrı şudur: Bir kübiti rahatsız etmeden gözlemleyemezsiniz. Bu, sıradan bilgi ile kuantum bilgi arasındaki çok önemli bir farktır.

- LEVİN: Diyelim ki parçacığımı rahatsız ediyorum ve onu belirli bir durum almaya zorluyorum. Buna ölçümleme işlemi diyebiliriz, belki de tesadüfen yapıyorum. Ve bunun 0 olduğunu öğrendim. Ve sizin parçacığınızla şu şekilde bağlantılıydı. Bu gerçekten - insanların söylediği gibi - ışık hızından daha hızlı olması, parçacığınıza korelasyona uymak için belirli bir durumu varsaymasını zorunlu kılıyor mu?

ÖN BECERİ: Hayır, ne yazık ki öyle değil. Keşke öyle olsaydı. Ben benim kübitime bakarsam, senin kendi kübitine bakıp bakmaman önemli değil. Sadece rastgele bir parça göreceğim. Yani ancak ikimiz de bakıp birbirimizle konuştuktan sonra bir korelasyonumuz olduğunu söyleyebiliriz.

Ancak konuşmadığımız sürece her birimiz sadece saf rastgeleliği gözlemleyeceğiz, ancak 0 veya 1 olma şansı eşit olacak ve herhangi bir bilgiyi aktarmanın hiçbir yolu yok.

- LEVİN: Şimdi, elbette, eğer birbirimizle tartışırsak, iletişimin bu kısmının ışık hızından daha yavaş gitmesi gerekir.

ÖN BECERİ: Işık hızına oldukça yaklaşabilirsiniz ama daha hızlı olamazsınız. Yani bu büyük bir sorun; dolanıklık olsa bile, ışığın benden size ulaşmasından daha hızlı bir şekilde benden size bilgi gönderemiyoruz. Dolanıklık bu hikayeyi değiştirmez.

- LEVİN: İnanılmaz. Şimdi, burada geçmişi düşünce deneylerine kadar uzanan dolaşıklığı tartıştık. [Albert Einstein kuantum mekaniğiyle güreşmeye ve bazen de ona karşı çıkmaya çalışıyordu. Şimdi, neden Einstein bundan şu meşhur sözle bahsetti:bir mesafede ürkütücü eylem“? Veya bazen çeviri "uzaktan hayaletimsi eylem"dir.

ÖN BECERİ: Einstein, fiziğin temel yasalarında rastlantısallığın olmaması gerektiğine çok güçlü bir şekilde inanıyordu. Fiziksel bir sistem hakkında bilinebilecek her şeyi (fizik yasalarının bilmemize izin vereceği) biliyorsak, o zaman o sistemi gözlemlediğimizde ne göreceğimizi mükemmel bir şekilde tahmin edebilmemiz gerektiğini hissetti.

Ve dolaşıklık bu prensibe uymaz. Dünyada gerçekten gerçek bir rastlantısallık var. Sizin ve benim paylaştığımız o dolaşmış kübit çifti hakkında her şeyi bilsek bile, yine de o kübite baktığınızda ne gördüğünüzü tahmin etme gücünüz yok. Bu sadece rastgele bir parça. Ve bu bilmediğin için değil. Bilinemeyeceğidir.

- LEVİN: Bu, kuantum ışınlanmasında nasıl önemli bir kaldıraç haline gelir? Bu başlı başına kuantum ışınlanma değildir. Peki nasıl istismar ediliyor?

ÖN BECERİ: Bu çok ince bir soru. Şimdi kuantum ışınlanmanın ne olduğundan bahsedelim.

- LEVİN: Lütfen, evet.

ÖN BECERİ: Yani şu anda New York'tasın, değil mi?

- LEVİN: New York'tayım, evet.

ÖN BECERİ: Pekala Janna, ben şu anda Kaliforniya'dayım, sen de New York'tasın ve benim de Kaliforniya'da bir kübitim var. Tam burada, elimde. Küçük bir atomda kodlanmıştır. Ancak kuantum FedEx bazen hata yapar, bu yüzden bana bu kübiti gönderdiler ama bu sizin için tasarlanmıştı. TAMAM? O yüzden bir şekilde kübitimi sana nasıl ulaştıracağımı bulmam gerekiyor. Ve eğer atomu Kaliforniya'dan New York'a göndermek için kullanabileceğimiz bir kanala sahip olsaydık, bu, kübiti size ulaştırmanın bir yolu olurdu. Ama atom göndermek için kullanabileceğim böyle bir bağlantımız yok.

Ama sen atomu istemiyorsun, atomun içindeki bilgiyi istiyorsun. Öyle oldu ki, sen ve ben dün bir çift dolaşmış kübit yaratma öngörüsüne sahip olduk ve bir noktada bunları kullanabileceğimizi tahmin ettik.

Ve işte yapabileceğim şey. Bugün aldığım bu kübiti alabilirim. İçinde hangi bilgilerin olduğunu bilmiyorum. Bana teslim edilen bir kübit. Ve bunu, seninle paylaştığımız dolanık kübit çiftinin yarısıyla birlikte gözlemleyebiliyorum.

Ve şimdi, iki kübiti gözlemliyorum ve bunu, hadi buna dolanık ölçüm diyelim. İkisine toplu olarak bakıyoruz ve onları gözlemleyerek iki parça bilgi elde edebiliyorum. Ve sonra - şimdi, şu anda kullandığımız gibi sıradan bir iletişim bağlantısı üzerinden - bu iki parça bilgiyi size gönderebilirim. Daha sonra bu iki bit bilgiyi New York'taki kübitiniz üzerinde bir işlem gerçekleştirmek için kullanabilirsiniz.

Ve şimdi, New York'taki o kübit, bugün aldığım gizemli kübitle aynı kuantum bilgilerine sahip. O kübitin durumunun ne olduğunu bilmiyorum ve hatta onu gözlemlediğimde laboratuvarımda yok ediyorum. Ama onu New York'ta tabiri caizse "reenkarne" edebiliyoruz. Ve o kübiti mükemmel bir şekilde yeniden oluşturmak için yalnızca bu iki bit bilgiye ihtiyacınız var. Bu kuantum ışınlanmadır.

- LEVİN: Yani bir bakıma Kaliforniya'da bir kuantum haliniz vardı ve bunu FedEx aracılığıyla göndermeden, ülke genelinde araba sürmeden New York'ta yeniden üretebilmemi istiyordunuz. Arada fiziksel olarak hiçbir şeyi hareket ettirmeden bunu yapabilmemi istedin. Yani sen benim için bu basit talimatlarla kendi laboratuvarımda durumu yeniden yapılandırmamın akıllıca bir yolunu buldun.

Ve bu anlamda ışınlandı. Sizin tarafınızdan ortadan kayboldu çünkü devleti ve bana iletmeniz gereken bilgiyi bulmaya çalışma sürecini mahvettiniz. Ama sen bilgiyi ilettiğinde laboratuvarımda yeniden ortaya çıktı. Bu anlatımda çok önemli bir şeyi mi kaçırdım?

ÖN BECERİ: Sanırım söylediklerinizde güçlendirilecek birkaç şey var. Öncelikle size fiziksel bir şey göndermediğim yönündeki ifadenize pek katılmıyorum. Aslında, yaptım. Size iki küçük bilgi gönderdim.

- LEVİN: Bana internet üzerinden bilgi gönderdin.

ÖN BECERİ: Bunu fiziksel bir şey göndermeden yapamam.

- LEVİN: Anlaştık.

ÖN BECERİ: Belki Kaliforniya'dan New York'a fiber optik yoluyla geçen fotonlardı. Ve bunun işe yaraması için aramızdaki iletişim aslında gerekliydi.

Ama bu yeterli değil. Kübitlerle ilgili komik bir şey. Eğer bir kübitin durumunu hazırlamak istiyorsam çok fazla bilgiye ihtiyacım var. Bir kübiti geometrik olarak üç boyutlu bir uzayı işaret eden küçük bir ok gibi görselleştirebilirsiniz. Bilirsin, dünyanın yüzeyi gibi. Ve eğer size kübiti nasıl hazırladığımı anlatmak istersem, o küre üzerinde bir nokta seçiyorum, bu yüzden size kübitin tam olarak nasıl hazırlandığını anlatabilmek için enlem ve boylamı çok yüksek hassasiyetle vermem gerekiyor.

Yani bir bakıma içeri giren çok fazla bilgi var ama çok azı çıkıyor çünkü onu gözlemlediğinizde sadece bir parça elde edersiniz. Yani bu bir parça size kübiti, tabiri caizse, dünya üzerinde belirli bir enlem ve boylamda nasıl yerleştireceğinizi söylemez. Işınlanmanın dikkate değer olmasının nedeni budur, çünkü size yalnızca bu iki parçayı gönderdim ve bu, onu mükemmel bir şekilde yeniden yapılandırmanız için yeterliydi.

Dün hazırlamayı öngördüğümüz, paylaştığımız dolaşıklıkla birlikte iki parça.

- LEVİN: Doğru, yani bu büyük bir fark. Bu çok şaşırtıcı. Bana fiziksel olarak internet veya ışık sinyalleriyle bilgi gönderiyorsunuz veya bunları bana gönderiyorsunuz. Ama bir şekilde, üzerinde anlaştığımız karmaşık düzen nedeniyle daha fazla bilgi alıyorum.

Yani, IKEA masanız sizde değil ve benimkini nasıl yapacağıma dair bilgiye ihtiyacım vardı ve siz onun nasıl monte edildiğini anlamak için kendi masanızı parçalara ayırdınız. Yine de bana her küçük bilgiyi anlatmak zorunda kalacaksın. Yani kuantum süreciyle ilgili temel olarak klasik süreçten farklı bir şeyler var. Bunun avantajı nedir? Neden bu kadar heyecan verici? Problem ne?

ÖN BECERİ: Her şeyden önce Janna, sen ve ben teorik fizikçiyiz, yani bizi heyecanlandırmak için fazla bir şeye gerek yok.

- LEVİN: [gülme] Kesinlikle.

ÖN BECERİ: Ama ne işe yarar? Bu iyi bir soru. Dolanıklığı tüm dünyaya dağıtmak istediğimizi varsayalım. Kulağa oldukça hoş geliyor değil mi? Seninle benim Kaliforniya ve New York arasındaki karışıklığı paylaşabileceğimizi varsaydık ve bunu nasıl başardığımız hakkında konuşmadık.

Aslında şu anda mevcut teknolojiyle bunu nasıl yapacağımızı bilmiyoruz. Prensipte bunu yapamamamız için hiçbir neden yok, ancak pratik nedenlerden dolayı, şu anda sahip olduğumuz teknolojiyle, bir kübiti Kaliforniya'dan New York'a gönderip hasarsız bir şekilde ulaşmasını sağlayamayız.

Kübit göndermenin en iyi yolu, fotonları optik fiber aracılığıyla göndermektir ve optik fiberde kayıplar vardır. Yani bir kübiti yüz kilometre uzağa göndermeye çalışırsanız, kaybolmadan bunu başarma şansı yalnızca 50'de birdir. Ve eğer onu bin kilometre göndermeye çalışırsam ki bu hala New York'a ulaşmak için yeterli değil, bunu başarma ihtimali neredeyse sıfır.

Peki dolaşıklığı nasıl paylaşabiliriz? Bunu ışınlanmayı kullanarak yapacağımızı düşünüyoruz. Kulağa biraz dairesel geliyor, değil mi? Çünkü ışınlanma için dolaşmaya ihtiyacımız var. Ama fikir şu: Bir kübiti, örneğin 10 kilometre, ya da 50 kilometre uzağa, oldukça yüksek bir başarı olasılığıyla gönderebilirim.

- LEVİN: Bu yine de oldukça iyi.

ÖN BECERİ: Evet, bu o kadar da kötü değil. Ama şimdi diyelim ki Kaliforniya'dan New York'a kadar tüm yolu kat etmek istiyorum, o yüzden yaptığım şey şu: Yol boyunca çok sayıda küçük düğüm ekliyorum, burada bir nevi kuantum iletişimini bağlayacağız. A'dan C'ye gitmeye çalıştığımızı ve A ile B ile B ile C arasındaki dolaşıklığı paylaştığımızı hayal edelim. Ve sonra bu dolaşıklığın iki yarısının B noktasında ölçüm yapmanın bir yolunu buluruz. çiftler. Biz buna dolanıklık değişimi diyoruz.

B'deki iki kübitin ölçümünü yapıyorsunuz ve ardından A ve C'ye "Ah, işte elde ettiğim ölçüm sonucu" diyorsunuz. Artık A ve C dolaşıklığı paylaşabilir. TAMAM? Aslında dolaşıklığın kapsamını genişletiyoruz. Işınlanmanın bir çeşididir.

Ve size henüz hikayenin tamamını anlatmadım, çünkü eğer A'dan B'ye dolaşıklık o kadar iyi değilse ve B'den C'ye dolaşıklık o kadar iyi değilse, biraz gürültülü olan birçok dolaşıklık çiftini alabiliriz. ve kusurludur ve bunları daha az sayıda dolaşmış çifte indirgemenin bir yolu vardır ki bunlar çok daha yüksek kalitededir. Bunu tekrar tekrar yaparak Kaliforniya ile New York arasında bir bağlantı kurabilir ve sonra bunu istediğimiz şey için kullanabiliriz. Bunu özel olduğunu bildiğimiz ortak anahtarı geliştirmek için kullanabiliriz veya kuantum bilgileri göndermek için kullanabiliriz.

İşte ışınlanmayı kullanabileceğimiz daha sıradan, daha kısa mesafeli bir yol. Bir kuantum bilgisayarda iki çipimiz varsa ve birinden diğerine kuantum bilgisi göndermek istiyorsak, bunu yapabilmemizin yolu iki çip arasında dolaşıklık kurmak ve ardından birinden diğerine bilgi göndermek için ışınlanmayı kullanmaktır. . Ve bu muhtemelen kuantum hesaplamanın gerçekten zor sorunları çözebilecek büyük sistemlere ölçeklendirilmesi için gerekli olacaktır.

- LEVİN: Hemen geri döneceğiz.

[Reklam ekleme molası]

- LEVİN: “Neden Sevinci”ne tekrar hoş geldiniz.

Yani gerçekten teknolojilerden bahsediyorsunuz. Yakın zamanda Caltech'te yeni bir merkezin temellerini attığınızı biliyorum. Kuantum Hassas Ölçüm Merkezi olarak adlandırılacağına inanıyorum.

ÖN BECERİ: Bu doğru, evet. Araştırmanı yapıyordun.

- LEVİN: Evet. Peki bu kısmen gelişen teknolojilere mi yönelik? Söylediğiniz gibi siz teorik fizikçisiniz. Bazı insanların söylediği şey bu: "yararsız fikirlerin şaşırtıcı faydası." Ancak böyle bir merkezle teknolojileri ilerletmeye mi yöneliyorsunuz, yoksa gerçekten temel kuantum mekaniği anlayışımızda devrim mi yapmak istiyorsunuz, yoksa her ikisi mi?

ÖN BECERİ: Bunları gerçekten ayıramayız. Bilim ve teknoloji birlikte ilerlemektedir. Bilimimiz daha karmaşık hale geldikçe daha iyi teknolojiler geliştiriyoruz ve bu da yeni keşiflere olanak sağlıyor. Bilimin ilerlemesi, yeni fikirlerin ve yeni teknolojilerin birleşimi yoluyla olur.

Örneğin kuantum bilgisayarlarla ilgileniyorum ve bunun eninde sonunda toplum üzerinde büyük bir pratik etkiye sahip olmasını beklemek için nedenler var. Ama aynı zamanda bilimsel keşifler için de harika bir araçtır. Yani Kuantum Hassasiyet Ölçümü Merkezi'nde evet, teknoloji geliştireceğiz, ancak kuantum dolaşma gibi özelliklerden yararlanan daha iyi ölçüm stratejilerini göz önünde bulundurarak, nesneleri daha yüksek hassasiyetle ve daha az istilacı bir şekilde ölçmemize olanak tanıyacağız.

Herkes her şeyi daha iyi ölçmek ister ve kuantum stratejileri başka türlü mümkün olmayacak ölçümler yapmamıza yardımcı olabilir. Bu gerçekten o merkezin entelektüel temasıdır.

- LEVİN: Evet ve herkes bilgiyi daha iyi, daha hızlı kontrol etmek ister.

ÖN BECERİ: Herkes bilginin önemli olduğunu, kuantum bilgisinin ne için kullanılacağını ve büyük pratik etkinin nerede olacağını anlıyor; bununla ilgili hâlâ pek çok cevaplanmamış soru var.

Ancak kuantum bilgisiyle, kuantum hesaplamayla, ölçüm için kuantum dolaşıklığını kullanarak daha önce yapamadığımız şeyleri yapabileceğimizi öngörebiliriz. Ve bunun eninde sonunda pratik bir etkisi olacak.

- LEVİN: Bu pratik etkinin günlük yaşamlarımıza kadar uzanacağını öngörüyor musunuz?

ÖN BECERİ: Sonuçta bunu bekliyorum. Bu etkinin nasıl hissedileceğini kesin olarak bilmiyoruz. Kuantum hesaplama söz konusu olduğunda, şu anda sahip olduğumuz en iyi fikir — ve bu eski bir fikir, 40 yılı aşkın bir süre öncesine dayanıyor. Richard Feynman — kuantum sistemlerinin nasıl davrandığını daha derinlemesine anlamak için kuantum bilgisayarlarını kullanabilmemizdir.

Bizim gibi fizikçiler bunun ilginç olduğunu biliyor ama aynı zamanda önemli çünkü faydalı özelliklere sahip yeni malzeme türlerinin, yeni kimyasal bileşik türlerinin (belki de farmasötikler dahil) keşfedilmesine olanak sağlayabilir. Ve tüm bunlar sonuçta insanların günlük yaşamlarını etkiliyor. Kuantum ölçümüyle de kuantum teknolojisinin eninde sonunda bilimdeki her şeye dokunacağını düşünüyorum.

Diyelim ki biyoloji ve tıpta hücrelerin içinde olup bitenleri müdahalesiz ve daha yüksek hassasiyetle gözlemleyebilmek istiyoruz. Ve bu eninde sonunda terapiler için önemli olacak ve aynı zamanda biyolojik bilimi daha derinlemesine anlamak için de önemli olacak.

- LEVİN: Yerçekiminin temel doğasını anlamada kuantum ışınlanmanın da bir yeri var ki bunun araştırmanızın merkezi bir alanı olduğunu biliyorum. Kara delikler gibi büyük ve hantal şeylerde dolaşma nasıl bir rol oynayabilir?

ÖN BECERİ: Bana göre bu, kuantum bilgisiyle ilgili en heyecan verici şeylerden biri; bize diğer temel sorular hakkında yeni düşünme yolları veriyor; buna kuantum maddenin son derece dolaşık hallerini anlamaya çalıştığımız yoğun madde fiziği de dahil. ve yerçekimi fiziğinde.

Bu hikaye, iki ünlü gazetenin dergide yayınlandığı 1935 yılına kadar uzanıyor. Fiziksel İnceleme. Bunlardan biri Einstein ve [Nathan] RosenUzay-zamanı tanımlayan Einstein'ın denklemlerine genel görelilik çerçevesinde çözümler bulabileceğimiz gözlemiyle ilgiliydi. uzayda bir solucan deliği. O zamanlar bu pek iyi anlaşılmamıştı, ama aslında çözüm, ortak bir iç mekana sahip olan iki kara deliği tanımlıyor; bu iki kara deliğin içini birbirine bağlayan bir tür solucan deliği.

Ve Einstein'ın makalesi, [Boris] Podolski ve Rosen kuantum dolaşıklığı hakkında ve sistemlerin birbirleriyle klasik bilgilerle tanımlayamayacağımız bir şekilde ilişkilendirilmesine olanak tanıyan tuhaf bir yol.

Ve son 10 yılda takdir ettiğimiz şey: Bu iki olgu, yani kuantum dolaşıklığı ve uzaydaki solucan delikleri birbiriyle yakından ilişkilidir. Aslında aynı şeyi tanımlamanın iki yolu olarak görülebilirler. Bu fizikte yaygın bir şeydir ve oldukça güçlendiricidir. Aynı olguyu birbirinden çok farklı görünen ama tamamen aynı fiziği tanımlayan iki farklı yolumuz varsa, bu daha derin bir anlayışa sahip olmamızı sağlayabilir.

Ve böylece, şimdi takdir ettiğimiz ve kuantum yerçekiminin en iyi anladığımız versiyonunda oldukça açık bir şekilde söyleyebileceğimiz şey, eğer iki kara delik birbirine çok yüksek derecede dolaşırsa, uzaydaki bir solucan deliği tarafından birbirine bağlanacaklarıdır.

Alice kendi kara deliğine sahip olabilir ve Bob da kendi kara deliğine sahip olabilir ve eğer birbirlerine dolanmışlarsa bu, hem Alice hem de Bob'un kendi kara deliklerine atlayabilecekleri anlamına gelir. Ve sonra tanışabilirler ve belki de bir süreliğine bir ilişki yaşayabilirler, ancak Romeo ve Juliet gibi tekilliğe varıp yok olmaya mahkum olacaklar. Ancak bunu daha da eğlenceli hale getirebiliriz ve ışınlanmanın devreye girdiği yer burasıdır.

Uzayda bir solucan deliğini doğru koşullar altında geçilebilir hale getirebiliriz. Başlangıçta Einstein ve Rosen tarafından tanımlanan orijinal solucan deliği, geçilemeyen solucan deliğine bir örnektir. Bu, bir uçtan atlayıp diğer uçtan çıkamayacağınız anlamına gelir. Ancak, kuantum teorisinde bir kara deliğe negatif enerji darbesi göndermenin aslında mümkün olduğunu anlamaya başladık. Normalde bir kara deliğe madde gönderdiğinizde, olay ufkunu biraz dışarı doğru hareket ettirir, o negatif enerji darbesi de onu bir miktar içeriye doğru hareket ettirebilir. Ve Alice'in kara deliğine bir parça veya kübit atması ve bunun Bob'un sonunda ortaya çıkması için yapmamız gereken de budur.

Bunu açıklamanın alternatif bir yolu var ki bu da aslında bir tür kuantum ışınlanmadır.

Bence bu gerçekten eğlenceli, çünkü yerçekimi sezgisinin, aksi halde pek sezgisel görünmeyen çok karmaşık kuantum sistemlerinin davranışlarını anlamamıza yardımcı olabileceğini öne sürüyor.

- LEVİN: Kuantumun bu kadar derinine inmek, kara deliklerin varlığı veya hayatta kalması gibi büyük ölçekli olayları anlamaya çalışmak kesinlikle harika ve büyüleyici bir dönüş.

Ve ben kara deliklerin buharlaşmasıyla ilgili bir soruya gizlice gireceğim ve kuantum ışınlanmanın, Alice kendi kara deliğine atlarsa, bilgilerinin sonuçta kaybolmayabileceğini ve kuantum ışınlanmanın nasıl olabileceğini anlamada ne kadar önemli olabileceğini anlayacağım. Alice kara deliğe atladıktan sonra başına gelenleri kurtarmanın bir yolu.

ÖN BECERİ: Janna Levin'le bir araya geldiğimizde sonunda kara delikler hakkında konuşacağımızı biliyordum.

- LEVİN: [gülme] Herhangi bir konuşmayı kara deliklerle ilgili bir sohbete dönüştürebilirim.

ÖN BECERİ: Hiç de sürpriz var.

Aslında az önce tanımladığım şeyin, bilginin kara deliklerden kaçma sürecine dair bize fikir verdiğini düşünüyorum, ki öyle olduğuna inanıyoruz. Fizik yasaları, bilginin kara deliklere düşmesi ve kara deliklerin buharlaşması durumunda bile yok olmasına izin vermez. Bu sadece karıştırılıyor okunması son derece zor olan bir biçime dönüştürülür. Bir çeşit yerellik ihlali var. Bu, fizikteki en temel prensiplerden biridir veya en temel prensiplerden biridir. Bilginin ışık hızından daha hızlı gidemeyeceğinden daha önce bahsetmiştik.

Ancak bir bakıma kara delikten çıkmak için, tanım gereği bilgi ışıktan daha hızlı hareket ediyor. Işık içeride hapsolur, bilgi dışarı çıkar. Bu da nedensellik kavramının (genelde düşündüğümüz gibi, bilginin ne kadar hızlı iletilebileceğine ilişkin bir hız sınırının olduğu) her koşulda tam anlamıyla doğru olmadığını gösteriyor. Bu ilke ihlal edilebilir.

Ve uzay-zamanın kendisi aslında temel bir kavram olmayabilir. Daha doğrusu bu bir Bazı karmaşık kuantum sistemlerinin ortaya çıkan özelliği işlerin oldukça karıştığı bir yer.

Peki nasıl oluyor da normal koşullar altında bu nedensellik kavramının bu kadar kesin bir şekilde karşılandığını düşünüyoruz? Sanırım buna bir cevabımız var ve bunun kuantum hesaplamayla bağlantılı olması oldukça ilginç.

Biz öyle olduğunu düşünüyoruz nedenselliği ihlal etmek mümkünışıktan daha hızlı bilgi göndermek için. Ancak bunu yapabilmek için kuantum bilgisayarında yapabileceğiniz türden bir kuantum hesaplaması gerekir; bu o kadar karmaşık ve o kadar güçlüdür ki bunu pratikte asla yapamayız.

Yani Kaliforniya'da benimle ve New York'ta Janna ile aramızdaki boşluğu parçalayabilmemiz gerekiyor. Prensip olarak yapabiliriz. Pratikte bunu yapmak o kadar zor ki, o kadar güçlü bir hesaplama gerektiriyor ki, hiç kimse bunu başaramayacak.

- LEVİN: Dikkat çekici. John, hayatının büyük bir kısmını kuantum teorisindeki anlaşılması en zor ve zorlayıcı kavramlardan bazılarını anlamaya çalışarak geçirdin. Teorik fizik ve kuantum ışınlanma konusunda size keyif veren şey nedir?

ÖN BECERİ: Eğlendirmek oldukça kolaydır, pek çok şey bana keyif verir. Ancak hem sorular hem de cevaplar insanı neşelendirebilir. Daha önce hiç duymadığınız ve derin ve büyüleyici olduğunu fark ettiğiniz fikirler neşe getirebilir. Yani teorik olarak - ve sanırım sonunda pratikte - klasik bir dünya olsaydı asla çözemeyeceğimiz sorunları çözebilecek kadar güçlü kuantum bilgisayarlar inşa edebileceğimizi ilk kez takdir ettiğimde, Bu kadar derin ve ilginç bir fikirle karşılaşmak en mutlu anlardan biriydi. Ve bunu düşünmek sonunda kendi araştırmamın yönünü değiştirmeme neden oldu.

- LEVİN: O kadar güzel bir şey ki. Caltech teorik fizikçisi John Preskill ile kuantum ışınlamanın inanılmaz doğası ve potansiyel uygulamaları hakkında konuşuyoruz. John, bugün bizimle olduğun için çok teşekkür ederim.

ÖN BECERİ: Harika vakit geçirdim Janna. Teşekkür ederim.

- LEVİN: Ben de. Konuşmak her zaman eğlencelidir. Yakında.

[Tema çalınıyor]

- LEVİN: “Neden Sevinci” bir podcast'tir Quanta Dergisitarafından desteklenen editoryal açıdan bağımsız bir yayındır. Simons Vakfı. Simons Vakfı'nın finansman kararları, bu podcast'teki veya bu podcast'teki konuların, konukların veya diğer editoryal kararların seçimi üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir. Quanta Dergisi.

"Neden Sevinci"nin yapımcılığını üstleniyoruz PRX Yapımları. Yapım ekibi Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler ve Merritt Jacob'dan oluşuyor. PRX Productions'ın baş yapımcısı Jocelyn Gonzales. Morgan Church ve Edwin Ochoa ek yardım sağladı. İtibaren Quanta Dergisi, John Rennie ve Thomas Lin, Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana ve Madison Goldberg'in desteğiyle editoryal rehberlik sağladı.

Tema müziğimiz APM Music'ten. Julian Lin podcast adını buldu. Bölümün çizimi Peter Greenwood'a, logomuz ise Jaki King ve Kristina Armitage'a aittir. Columbia Gazetecilik Okulu'na ve Cornell Yayın Stüdyolarından Bert Odom-Reed'e özel teşekkürler.

Ben sizin ev sahibiniz Janna Levin'im. Bizim için herhangi bir sorunuz veya yorumunuz varsa, lütfen bize e-posta gönderin: [e-posta korumalı]. Dinlediğin için teşekkürler.