Holografik prensip bu iki ünlü modern fizik teorilerini -kuantum mekaniği ve genel görelilik- nasıl birleştireceğimizi anlamamızı sağlatacak bir yol gösterici olmaya aday.
Alternatif bir açıklama ikilik olarak biliniyor ve yerçekimsel karşılıklarına karşı daha az boyutlara sahip, 2 boyutlu bir yüzeye yansıtılan bir hologramın 3 boyutlu bir görüntüyü göstermesi gibi. Bir kuantum bilgisayar, ikiliği solucan deliği olarak bilinen bir hologramı taklit eden bir durumu oluşturuyor ve bu durumu solucan deliğini kateden bir mesajı simüle etmek için evrimleştirdiklerini bildiriyor. Solucan deliği fikri, Albert Einstein ve çalışma arkadaşı Nathan Rosen’ın kara delikleri Einstein’ın genel görelilik bağlamında incelediği 1935 yılına dayanıyor.
Her karadeliğin içinden asla kaçılamayacağı iç kısmı ve kaçışın mümkün olabildiği dış kısmı vardır, bu iki bölge olay ufku adı verilen bir yüzeyle ayrılmıştır.
Einstein ve Rosen’ın fark ettiği şey, karadeliğin matematiksel idealizasyonunda aslında bir değil iki dış bölge olduğu ve bunların artık Einstein-Rosen köprüsü olarak bilinen bir tür solucan deliği aracılığıyla birbirine bağlı olduğuydu. Ama bu sıradan bir köprü değil. Diğer taraftan, Einstein ve Rosen’ın çalıştığı versiyonda solucan deliğinin içinde dış bölgeden diğerine seyahat etmek mümkün değildir.
Diğer taraftan, eğer biri dış bölgeden karadeliğin iç bölgesine zıplarsa diğer dış bölgeden atlayan biriyle karşılaşmaları mümkündür ancak birlikte geçirdikleri süre çok kısa olacaktır çünkü içeri atlayarak kesin ölüme mahkum olurlar. Köprü geçilemez fakat karşılıklı atlayan insanlar kısaca ortada buluşabilirler. Aynı yıl Einstein ve Rosen bu sefer Boris Podolsky ile çalıştıkları başka bir yayın yaptı. Üçlünün yayımladığı makale kuantum mekaniğinı (kütleçekimi olmadan) ve Einstein’ın “uzak mesafedeki ürkütücü etki” olarak tanımladığı, günümüzde kuantum dolanıklığı denilen bir fenomeni keşfettiler. Dolanıklık aralarında son derece uzak mesafeler olsa bile tuhaf bir korelasyon modeliyle birbirlerine bağlanmalarına izin veren kuantum sistemlerinin bir özelliğidir.
Bu korelasyonlar silsilesi kuantum mekaniğinin bir imzası çünkü ışık hızından daha hızlı iletişimde bulunamayan herhangi bir klasik süreç içerisinde yeniden üretilemezler. Bununla birlikte, kuantum dolanık mesajları ışık hızından daha hızlı iletmek için tek başına kullanılamaz ve dolanıklık aslında tuhaf görünse de aslında bunun uzakta gerçekleşen bir olay olmadığını anlıyoruz. Zamanında bu iki fikir -solucan delikleri ve dolanıklık- tamamen ayrı kabul ediliyordu fakat o zamandan beri aralarındaki ilişki kuantum yerçekimini anlayışımız için daha merkezi hale geldi. Karadeliğin bu iki dış bölgesi büyük bir miktarda kuantum dolanıklığıyla birbirine bağlı ve bir dış bölgeden diğerine seyahat edememenin ışık hızından daha hızlı mesajlar göndermek için dolaşıklığı kullanamamanın ‘holografik ikili’ olarak olduğu anlaşılabilir.
Sonrasında solucan delikleri ve dolanıklık arasındaki bağlantı arasında bir adım ileri gidildi ve bir düşünce deneyi ile iki dış bölge etkileşime girseydi ne olacağı tespit edildi. Bu etkileşim bir dış bölgeden diğerine mesaj göndermek için kullanılabilirdi ve bunun zarif bir holografik ikiliye sahip olacağı gösterildi. İkili kütleçekimsel açıklamada mesajın bir dış bölgeden diğerine geçmesinin sebebi etkileşimin solucan deliğini açan ve kısaca seyahat edilebilir hale gelmesine neden olmasıdır. Mesaj basitçe solucan deliğinden geçer. Bu solucan deliği aracılığıyla ışık hızından daha hızlı iletişim kurmaya izin vermez çünkü solucan deliği sadece etkileşimle açılır ve iki dış tarafı birbirine bağlamak sadece solucan deliği içerisinde hareket etmekten daha az zaman alır. Bu düşünce deneyinin modifiye edilmiş sadece kuantum bilgisayarda gösterilebilen versiyonu daha sonra yayınlandı. Kuantum bilgisayarının iki yarısı arasındaki belirli bir dolanıklık durumunu oluşturmak için ilk adım ortaya çıkan solucan deliğine bağlanan iki dış bölgenin holografik ikilisi seçildi. Ardından mesajı bir tarafa yerleştirip, karıştırılmasını bekleriz ve ardından iki tarafı hemence çiftli haline getiririz. Kısa bir gecikmeden sonra mesaj diğer tarafta çözülür. Bu solucan deliğinde seyahat eden mesajın ikili halidir. Bu simülasyonu dokuz kuantum biti (kübit) içeren küçük bir kuantum sisteminde yapabiliriz.
Düşük çözünürlüklü fakat türünün ilk örneği
Simülasyonda solucan deliğinde yolculuk yapan mesaj tarafından deneyimlenen ‘yerçekimi’nin holografik tanımda ortaya çıkan bir yerçekimi olduğunu ve bu yüzden kuantum bilgisayarı Dünya’ya demirleyen kütleçekimsel kuvvetleriyle tamamen ilgisiz olduğunu vurgulamalıyız. Bunun anlamı, örneğin, kuantum bilgisayarın karadelik tarafından yutulma riskinin olmadığı anlamına gelir. Ayrıca, holografik yerçekimi ikilisine herhangi bir atıfta bulunmadan basitçe kütleçekimsel olmayan kuantum mekaniğinin normal kurallarını kullanarak kuantum bilgisayarının durumunun evrimini tahmin etmenin mümkün olduğunu vurguluyorlar. Ama holografik kütleçekimsel tanımının sunduğu şey karışık bir fenomen için basit bir açıklamadır. Yerçekimi olmayan tanımlamada, diğer tarafta şifrelenmemiş mesajın ortaya çıkışı kuantum mekaniğinin açık bir öngörüsüdür ancak yine de biraz gizemlidir. Sürpriz, mesajın bir şekilde iletilmesi değil, şifresiz olarak iletilmesidir. Bununla birlikte kütleçekimsel tanımdan basitçe anlaşılıyor ki, mesaj diğer tarafa şifresiz ulaşıyor çünkü solucan deliğinden hareket ediyor. Bu protokol eğer başarılı olursa, böylece en basit açıklamasının ortaya çıkan bir solucan deliği fikrini aklına getirdiği bir olguyu sergilemek için kuantum bilgisayarı kullanabilir.
Holografik ikilik çok sayıda serbestlik derecesi içeren sistemlerde en keskinidir, ancak son teknoloji kuantum bilgisayarları o kadar yüksek hata oranlarına sahiptir ki yalnızca az sayıda kübiti simüle edebilirler. Dokuz kübitlik kuantum sistemi o kadar küçük ki holografik solucan deliği çok düşük çözünürlüklü. Üstelik 9 kübit klasik bir bilgisayarda kolayca simüle edilebildiğinden bu deneyin sonuçları bize klasik bir hesaplamadan öğrenilemeyecek hiçbir şey öğretemez ve bize kuantum yerçekimi hakkında yeni bir şey öğretemez. Bununla birlikte, bu deney daha fazla gelişme için zemin hazırlayan bir ilke kanıtıdır. Kuantum bilgisayarların teknolojisi hızla ilerliyor ve diğer laboratuvarlar halihazırda bu yazarlar tarafından kullanılanlardan farklı platformlarda holografik geçiş yapılabilir solucan delikleri uygulamaya çalışıyor. Geçtiğimiz on yıl karadelikleri kuantum hesaplama ile birleştiren bir fikir patlamasına tanık oldu. Bunu görmek için, beş yıl önceki orijinal düşünce deneyine bakmalıyız. Yazarlar protokollerini kuantum mekaniğini düşünerek icat etseler de aslında sadece kara deliklerden ilham alınarak keşfedildi. Gelecekte, klasik yöntemlerle analiz edilmesi çok zor olan, ancak holografik ikiliği analiz ve keşif için güçlü bir araç olarak kullanan kuantum iletişim tekniklerinin icat edilebileceğini umuyoruz.
