Согласно общей теории относительности (ОТО) гравитация — результат искривления ткани пространства и времени. Оно служит причиной уникальных эффектов, таких как замедление течения времени вблизи небесных тел. Это явление было измерено и подтверждено с очень высокой точностью. Но как меняющееся течение времени влияет на квантовую механику? Потребуется ли квантовой теории или ОТО модификация в точках их соприкосновения?

Хотя полная теория квантовой гравитации по-прежнему отсутствует, есть предположения, что в присутствии искривленного пространства-времен квантовые принципы могут измениться. Однако до сих пор экспериментальное изучение этой области знаний было невозможно, пишет EurekAlert.

«Взаимодействие квантовой теории и гравитации — одна из самых сложных проблем современной физики, но в то же время и увлекательная, — сказал Игорь Пиковский из Технологического института Стивенса, один из авторов статьи. — Квантовые сети помогут нам впервые проверить это взаимодействие в реальных экспериментах».

Пиковский и его коллеги Йоханнес Боррегаард и Джейкоб Ковей разработали протокол такого эксперимента.

Авторы исследования описали распространение квантовых эффектов по узлам сети с помощью так называемых запутанных W-состояний, а также возможность регистрации интерференции между этими запутанными системами. Используя современные квантовые технологии, например, квантовую телепортацию (передачу квантового состояния одной частицы другой) и запутанные пары Белла (максимально запутанные состояния двух кубитов) в атомных массивах, можно провести проверку квантовой теории на искривленном пространстве-времени.

«Мы предполагаем, что квантовая теория применима везде, но так ли это на самом деле, мы не знаем, — признал Пиковский. — Возможно, гравитация меняет принципы работы квантовой механики. Более того, некоторые теории предполагают такие изменения, и квантовые технологии позволят это выяснить».

Результаты исследования демонстрируют, что квантовые сети — это не только полезный практический инструмент для будущего квантового интернета, но и уникальная возможность изучения фундаментальной физики, недоступная с помощью классических сенсорных технологий.

Поколениями физики бьются над проблемой объединения гравитации с единой теорией поля. Большой шаг в этом направлении удалось сделать ученым из Финляндии. Они разработали новую квантовую теорию гравитации, описывающую гравитацию таким образом, который совместим со стандартной моделью физики элементарных частиц.