Фізики довели, що гравітація Землі може докорінно змінити принципи квантової механіки

Згідно з новим дослідженням фізиків з Університету Іллінойсу, навіть незначні перепади висоти — всього в один кілометр — можуть впливати на квантові системи через дію гравітації Землі. Дослідники запропонували унікальний експеримент із використанням мережі квантових комп’ютерів і надточних атомних годинників на різних висотах, щоб перевірити, чи змінює гравітація базові правила квантової механіки.

В основі експерименту — розміщення трьох квантових комп’ютерів на різних висотах, що дозволяє дослідити, як викривлення простору-часу, передбачене загальною теорією відносності Ейнштейна, впливає на так звані W‑стани та інтерференцію у квантових системах. Згідно з класичним правилом Борна у квантовій фізиці, для опису системи достатньо парних взаємодій між джерелами. Але якщо гравітація справді змінює квантові закони, має виникати ще й специфічна «трикомпонентна» інтерференція — її пропонують вимірювати за допомогою розподілених квантових обчислювачів.

Автори підкреслюють, що подібні експерименти вже стають можливими завдяки сучасним оптичним годинникам і технологіям квантового зв’язку. Зокрема, мережа Q‑NEXT у Чикаго вже працює з подібними задачами, поєднуючи квантові вузли у різних лабораторіях із різницею висот майже в кілометр.

Ефект гравітаційного розтягування часу добре відомий у релятивістській фізиці: годинники в різних гравітаційних потенціалах «ідуть» з різною швидкістю. Досі цей ефект вимірювали лише для самих годинників, але не для фундаментальних квантових систем. Новий підхід дозволяє вперше напряму перевірити, чи потребує квантова механіка корекції з урахуванням впливу гравітації.

Успішна реалізація подібного експерименту може стати ключем до об’єднання квантової теорії та загальної відносності — двох фундаментальних основ сучасної фізики, які нині існують незалежно одна від одної.