Вселенная может закончиться не взрывом, а скрежетом, известным как «распад ложного вакуума».

В новом исследовании ученые использовали возможности квантового компьютера для изучения космических пузырей, которые образовались бы, если бы Вселенная перешла в истинное основное состояние.

Хотя смерть от подобного рода квантовых махинаций маловероятна, исследование является ярким примером того, как квантовые компьютеры могут помочь ученым исследовать вопросы, которые ранее считались невозможными для изучения.Американский поэт Роберт Фрост, как известно, размышлял о том, какой вариант конца света был бы наиболее предпочтительным: огонь или лед. Однако мир квантовой механики рассматривает еще более странный и всесторонне более ужасающий конец — квантовый процесс, известный как «распад ложного вакуума».

Впервые предложенная физиком-теоретиком Сидни Коулменом в 1977 году, эта идея предполагает, что Вселенная может быть заперта в ложном вакууме, то есть она кажется стабильной, но может перейти в состояние истинного вакуума в любой момент. Этот переход фундаментально изменил бы структуру Вселенной, образовав космические пузыри, которые изменяют Вселенную по мере своего увеличения. По сути, наша известная Вселенная исчезла бы.Учитывая экзистенциальную угрозу «ложного распада вакуума», группа международных ученых под руководством экспертов из Университета Лидса в Великобритании использовала квантовую машину, называемую отжигом, для моделирования создания этих космических пузырей по мере их формирования. Хотя это исследование продвигает вперед наше понимание квантовой динамики, оно одновременно послужило примером для исследовательских применений новых квантовых компьютеров . Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature PhysicsМы говорим о процессе, в ходе которого Вселенная полностью изменит свою структуру», — сказал в пресс-релизе Златко Папич, ведущий автор исследования из Университета Лидса . «Фундаментальные константы могут мгновенно измениться, и мир, каким мы его знаем, рухнет, как карточный домик. Что нам действительно нужно, так это контролируемые эксперименты для наблюдения за этим процессом и определения его временных масштабов».

Хотя ученые знали о распаде ложного вакуума, они не совсем понимали его механизм. Чтобы ответить на этот вопрос, они обратились к 5564-битному квантовому компьютеру, созданному D-Wave Quantum Inc. (штаб-квартира которого находится в США и Канаде). Команда объясняет, что пузырьки ведут себя подобно пузырькам, которые образуются в водяном паре, охлажденном выше точки росы. С помощью квантового отжига ученые смогли наблюдать поведение этих пузырьков и то, как они образуются, взаимодействуют и растут с течением времени в одномерной модели.Это явление можно сравнить с американскими горками, у которых есть несколько долин вдоль траектории, но только одно «истинное» самое низкое состояние, на уровне земли», — сказал в пресс-релизе Жан-Ив Десоль, соавтор исследования. «Если это действительно так, то квантовая механика позволила бы Вселенной в конечном итоге туннелировать к самому низкому энергетическому состоянию или к «истинному» вакууму, и этот процесс привел бы к катастрофическому глобальному событию».

К счастью, это изменение не произойдет в одночасье, и, скорее всего, займет неисчислимые миллионы лет — если это вообще может произойти. Итак, хотя предчувствие Фроста о конце света гораздо более вероятно, чем смерть от любых универсальных квантовых махинаций, способность моделировать космические пузыри, образованные из «ложного вакуумного распада», дает краткий, но мощный взгляд на то, что квантовые компьютеры могут делать в мире исследований.

«Мы пытаемся разработать системы, в которых мы можем проводить простые эксперименты для изучения подобных вещей», — сказал Папич в пресс-релизе. « Временные масштабы этих процессов, происходящих во Вселенной, огромны, но использование отжигателя позволяет нам наблюдать их в реальном времени, так что мы можем фактически видеть, что происходит»