Toen de quantumcomputer van Google eind vorig jaar een wormgat simuleerde, haalde dat wereldwijd de kranten. Een nieuw onderzoek zet echter vraagtekens bij de simulatie.
De eerste simulatie van een wormgat op een quantumcomputer bood misschien toch geen nauwkeurige weergave van zo’n tunnel in de ruimtetijd. De simulatie haalde vorig jaar de kranten, maar nu heeft een andere groep onderzoekers de simulatie onderzocht. Zij hebben een aantal problemen gevonden die de bewering ondermijnen dat het een succesvolle simulatie betrof.
De simulatie laat een zogeheten ‘holografisch wormgat’ zien. Het woord ‘holografisch’ verwijst naar een manier om natuurkundeproblemen te versimpelen met technieken uit de quantummechanica. Die versimpeling was hier toegepast, maar belangrijk is dat de simpelere, holografische versie van het wormgat nog steeds complex genoeg is om iets te zeggen over het origineel. Net zoals een tweedimensionaal hologram iets kan onthullen over de driedimensionale details van een object.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Wormgatbewering
In november 2022 maakten natuurkundige Maria Spiropulu van het California Institute of Technology en haar collega’s bekend dat zij de quantumcomputer van Google, Sycamore, hadden gebruikt om een holografisch wormgat te simuleren. Ze zeiden ook dat ze signalen door het gesimuleerde wormgat hadden gestuurd. Dat deden ze met quantumteleportatie, een fenomeen waarbij informatie over een quantumtoestand aan de ene kant van het systeem wordt verzonden en aan de andere kant tevoorschijn komt.
De onderzoekers zeiden dat de resultaten van de simulatie uitpakten zoals verwacht. Nu hebben natuurkundige Norman Yao van de Universiteit van Californië, Berkeley, en zijn collega’s de details van de studie bekeken. Zij vonden drie grote problemen die volgens hen bewijzen dat de simulatie niet goed laat zien hoe wormgaten zich gedragen.
Drie problemen
Het eerste probleem heeft te maken met hoe het gesimuleerde wormgat reageerde op de signalen die erdoorheen werden gestuurd. De theorie zegt dat dit schommelingen in het systeem zou veroorzaken. Het is dan net alsof het wormgat trilt, maar uiteindelijk zou het weer moeten bedaren. In het oorspronkelijke onderzoek leek dit ook daadwerkelijk te gebeuren, maar alleen wanneer de onderzoekers het gemiddelde namen over veel verschillende tests. Als Yao en zijn collega’s naar elke test afzonderlijk keken, bleef het wormgat oneindig lang trillen. Dat klopt niet met de verwachtingen van hoe een wormgat zich gedraagt.
Het tweede probleem ging over de signalen zelf. Een van de kenmerken van een echt wormgat – en dus ook van een goede holografische variant van een wormgat – is dat het signaal dat eruit komt er hetzelfde uitziet als wanneer het erin ging. Yao en zijn team ontdekten dat dit weliswaar klopte voor sommige signalen, maar niet voor alle. Het signaal bleef alleen gelijk wanneer het leek op de signalen die de onderzoekers ook hadden gebruikt in het algoritme dat het systeem vereenvoudigde
Het laatste, grootste probleem, gaat om een quantumverschijnsel dat size winding wordt genoemd. Size winding treedt op als een holografisch beeld op de juiste manier een bijzondere zwaartekrachtsituatie, zoals een wormgat, representeert. Bij het onderzochte systeem verdween de size winding echter als het model groter of gedetailleerder werd gemaakt. De kloppende size winding die de eerste onderzoekers zagen, is dus misschien slechts toevallig ontstaan bij een specifieke omvang van het model.
Minder vertrouwen
Spiropulu reageeert dat deze problemen niet gelden voor de gehele simulatie, maar alleen voor afzonderlijke onderdelen ervan. ‘De onderzoekers zeggen iets over [de gecombineerde eigenschappen van de simulatie], terwijl ze alleen kijken naar de afzonderlijke quantumsystemen van ons model’, zegt ze. Ze houdt vol dat ‘wij eigenschappen hebben waargenomen die consistent zijn met wormgatteleportatie.’
Toch hebben ook andere experts hun twijfels geuit over de simulatie. Natuurkundige John Preskill van CalTech zegt dat hij nu ‘minder vertrouwen heeft in het bewijsmateriaal.’
Natuurkundige Leonard Susskind van de Stanford-universiteit in Californië meent dat het experiment wel een wormgat heeft gesimuleerd, maar alleen in de breedste zin van het woord. ‘Wat niet zo duidelijk is, is of het experiment beter is dan gebruikelijke quantumteleportatie-experimenten, en of het werkelijk de kenmerken van algemene relativiteit vastlegt die de auteurs claimen. Dat is alleen op een vage manier het geval’, zegt hij.
Vergelijkbare experimenten in de toekomst kunnen ons veel leren over de eigenschappen van wormgaten, zegt Susskind. Ze zullen dan wel complexer moeten zijn dan dit experiment, voordat we er echt nieuwe informatie uit kunnen halen.
