Щоб зрозуміти, що може знаходитися всередині чорної діри і які процеси там відбуваються, фізики використовують квантові обчислення і машинне навчання. Що ж вони змогли з'ясувати?
За допомогою квантового комп'ютера і нейромережі дослідники змогли частково «зазирнути» всередину чорної діри
Фізик з Мічиганського університету використовує квантові обчислення і машинне навчання, щоб краще зрозуміти ідею, звану голографічною подвійністю, яка лежить в основі розуміння тих процесів, що відбуваються в надрах чорних дір.
Голографічна подвійність - це математична гіпотеза, яка з'єднує теорії частинок і їх взаємодій з теорією гравітації. Ця гіпотеза передбачає, що теорія гравітації і теорія частинок математично еквівалентні: те, що відбувається математично в теорії гравітації, відбувається в теорії частинок, і навпаки.
Обидві теорії описують різні вимірювання, але кількість вимірювань, які вони описують, відрізняється на одиниці, так, наприклад, всередині чорної діри гравітація існує в трьох вимірах, в той час як теорія частинок описує процеси в двох вимірах, представляючи процеси в плоскому диску.
Щоб уявити собі це, подумайте ще раз про чорну діру, яка спотворює простір-час через свою величезну масу. Гравітація чорної діри, яка існує в трьох вимірах, математично пов'язана з частинками, що рухаються над нею, у двох вимірюваннях. Отже, чорна діра існує в тривимірному просторі, але ми бачимо її як почесну проекцію завдяки частинкам.
Деякі вчені теоретизують, що весь наш Всесвіт являє собою голографічну проекцію частинок, і це розуміння може відкрити фізикам квантову теорію гравітації, якщо з'являться наскільки або переконливі наукові докази.
В опублікованому в 2022 році дослідженні фізики вирішили вивчити голографічну подвійність за допомогою квантових обчислень і глибокого навчання, щоб знайти стан з найменшою енергією в квантових матричних моделях. Для дослідження автори використовували дві матричні моделі, досить прості для вирішення традиційними методами, але володіють усіма особливостями більш складних матричних моделей, що використовуються для опису чорних дір через голографічну подвійність.
Ці матричні моделі представляють собою об'єкти в теорії струн, в яких частинки представлені одномірними рядками. Коли дослідники вирішують подібні матричні моделі, вони намагаються знайти конкретну конфігурацію частинок в системі, яка являє собою стан з найменшою енергією системи, званий основним станом. Фізики показали, що за допомогою двох різних методів можливо знайти цей основний стан.
Результати роботи показують важливий орієнтир для майбутніх досліджень, проведених за допомогою алгоритмів квантового та машинного навчання. Їх вчені можуть використовувати для дослідження квантової гравітації за допомогою ідеї голографічної подвійності.