Квантовые сети — это не только шаг к сверхнадёжной связи будущего. Новое исследование показывает: они могут стать ключом к решению одной из величайших загадок физики — как объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна.
Группа учёных из трёх американских университетов — Игорь Пиковски (Технологический институт Стивенса), Якоб Кови (Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн) и Йоханнес Боррегаард (Гарвард) — предложила экспериментальный протокол, позволяющий исследовать влияние гравитации на квантовые процессы. Их работа опубликована в журнале PRX Quantum .
«Связь между квантовой физикой и гравитацией — одна из самых сложных и в то же время самых увлекательных задач, — пояснил Пиковски. — Впервые у нас появляется шанс проверить это взаимодействие экспериментально с помощью квантовых сетей».
В отличие от обычных телекоммуникаций, квантовые сети используют не электроны и фотоны, а кубиты и явление запутанности для передачи информации. Эти технологии не только обеспечивают беспрецедентную надёжность, но и в перспективе смогут объединить квантовые компьютеры по всему миру — включая орбитальные системы. Однако теперь становится ясно: тот же механизм способен дать новое понимание природы самого пространства-времени.
Исследователи применили запутанные W-состояния — особую форму квантовой корреляции, при которой узлы сети остаются связанными даже при потере одного из них. Также они использовали телепортацию квантовых состояний и пары Белла, чтобы продемонстрировать, как квантовые эффекты можно распределять между участками с различным гравитационным потенциалом.
В результате удалось зафиксировать интерференцию между системами, находящимися в искривлённом пространстве-времени. Это означает, что теперь можно проверить, изменяет ли гравитация поведение квантовых объектов — вопрос, лежащий в самом центре современной фундаментальной науки.
Квантовая теория успешно описывает поведение частиц на микроскопическом уровне, а общая теория относительности — движение тел в гравитационных полях. Но эти два описания мира пока не объединены: ни одна из существующих моделей не объясняет, как они взаимодействуют. Некоторые гипотезы предполагают, что в особых условиях гравитация может напрямую влиять на квантовые свойства материи.
«Мы считаем, что квантовая механика применима везде. Но у нас нет полной уверенности в этом, — отметил Пиковски. — Существуют теории, предполагающие, что гравитация может вносить коррективы в квантовое поведение. И теперь мы можем это проверить с помощью новых технологий».
Такие задачи невозможно смоделировать в рамках классической физики, но современные квантовые сети — могут . Это означает, что у исследователей впервые появился инструмент для практической проверки идей, которые раньше существовали только на уровне теорий.
Развитие квантовых сетей открывает путь не только к защищённой передаче информации, но и к переосмыслению физических основ Вселенной. Возможно, именно через эти технологии учёным удастся приблизиться к созданию единой теории квантовой гравитации — связующего звена между миром частиц и космическими масштабами.