Идея «Теории Всего» заманчива - мы могли бы как-то объяснить все, что есть. Но теперь исследовательская группа во главе с учеными из Имперского колледжа Лондона неожиданно обнаружила, что эта теория струн также, по-видимому, предсказывает поведение запутанных квантовых частиц. Поскольку этот прогноз можно проверить в лаборатории, исследователи говорят, что теперь они могут проверить теорию струн.
«Если эксперименты докажут, что наши предсказания о квантовой запутанности верны, это покажет, что теория струн« работает »для предсказания поведения запутанных квантовых систем», - сказал профессор Майк Дафф, ведущий автор исследования.
Теория струн была первоначально разработана для описания фундаментальных частиц и сил, составляющих нашу вселенную, и была любимым претендентом среди физиков, чтобы позволить нам согласовать то, что мы знаем о невероятно малом из физики элементарных частиц, с нашим пониманием очень большого из наши исследования космологии. Использование теории для прогнозирования поведения запутанных квантовых частиц предоставляет первую возможность проверить теорию струн экспериментом.
Но - по крайней мере, на данный момент - ученые не смогут подтвердить, что теория струн на самом деле является способом объяснить все, что есть, просто если она действительно работает.
«Это не будет доказательством того, что теория струн является правильной« теорией всего », которую ищут космологи и физики элементарных частиц», - сказал Дафф. «Тем не менее, для теоретиков это будет очень важно, потому что оно продемонстрирует, работает ли теория струн, даже если ее применение находится в неожиданной и не связанной области физики».
Теория струн - это теория гравитации, расширение общей теории относительности, и классическая интерпретация струн и бран состоит в том, что они представляют собой квантово-механические вибрирующие, расширенные заряженные черные дыры. Теория предполагает, что электроны и кварки в атоме не равны 0- мерные объекты, но одномерные строки. Эти струны могут двигаться и вибрировать, давая наблюдаемым частицам их вкус, заряд, массу и вращение. Струны образуют замкнутые петли, если они не сталкиваются с поверхностями, называемыми D-бранами, где они могут раскрываться в одномерные линии. Конечные точки струны не могут разорвать D-брану, но могут скользить по ней.
Дафф сказал, что он сидел на конференции в Тасмании, где коллега представлял математические формулы, описывающие квантовую запутанность, когда он что-то осознавал. «Я неожиданно узнал, что его формулы похожи на те, которые я разработал несколько лет назад, когда использовал теорию струн для описания черных дыр. Вернувшись в Великобританию, я проверил свои тетради и подтвердил, что математика в этих разных областях действительно идентична ».
Дафф и его коллеги поняли, что математическое описание модели запутывания между тремя кубитами напоминает математическое описание в теории струн определенного класса черных дыр. Таким образом, объединив свои знания двух самых странных явлений во вселенной, черных дыр и квантовой запутанности, они поняли, что могут использовать теорию струн для получения предсказания, которое можно проверить. Используя математику теории струн, которая описывает черные дыры, они предсказали паттерн запутывания, который возникнет, когда четыре кубита перепутаны друг с другом. (Ответ на эту проблему не был рассчитан ранее.) Хотя это технически сложно сделать, паттерн запутанности между четырьмя запутанными кубитами можно измерить в лаборатории, и точность этого прогноза была проверена.
Открытие того, что теория струн, по-видимому, делает предсказания о квантовой запутанности, совершенно неожиданно, но поскольку квантовую запутанность можно измерить в лаборатории, это означает, что, наконец, исследователи могут проверить предсказания, основанные на теории струн.
Но, по словам Даффа, нет очевидной связи, объясняющей, почему разрабатываемая теория, описывающая основные принципы нашей вселенной, полезна для предсказания поведения запутанных квантовых систем. «Это может говорить нам что-то очень глубокое о мире, в котором мы живем, или это может быть не более чем странное совпадение», - сказал Дафф. «В любом случае, это полезно».
Источник: Имперский колледж Лондона
