Уже давно в сообществе астрофизиков циркулирует одна интересная теория. Согласно ей движение и ускорение частиц, находящихся прямо над черной дырой, могут быть двумерной проекцией того, что делает сама черная дыра в трех измерениях. Эта концепция называется голографическим дуализмом и может предложить способ поиска критического взаимодействия между относительностью (т.е. физикой черных дыр) и Стандартной моделью (т.е. физикой частиц).
Однако сам голографический дуализм сложно смоделировать с помощью современных вычислительных алгоритмов. Поэтому физик Энрико Ринальди из Мичиганского университета попытался разработать новую модель, использующую две современные вычислительные технологии:
Квантовые вычисления и машинное обучение называют «следующей большой компьютерной революцией». Но они редко работают вместе. Одним из примеров того, как они могут взаимодополнять друг друга, является моделирование ответа на одну из самых сложных проблем в физике: как общая относительность связана со Стандартной моделью?
Доктор Ринальди и его команда написали алгоритм для квантового компьютера, который модулировал частицы, составляющие проекционную часть голографического дуализма. Для этого они использовали концепцию, называемую квантовой матричной моделью. Конечной целью симуляции было нахождение состояния системы с наименьшей энергией.
Алгоритмы, использующие квантовый компьютер, не являются единственным методом поиска «основных состояний». Другой способ — использовать технику искусственного интеллекта, называемую нейронной сетью. Она основана на использовании систем, аналогичных тем, которые находятся в человеческом мозге.
Команда применила эти алгоритмы к типу матричной модели, все еще основанной на квантовых идеях, но не требующей квантовых вычислений. И снова алгоритм нейронной сети смог решить проблему оптимизации и найти «основное состояние».
По словам Ринальди, новые технологии представляют собой значительное улучшение по сравнению с предыдущими попытками решения этих задач:
Другие методы, которые обычно используют люди, могут найти энергию «основного состояния», но не всю структуру волновой функции, — сказал Ринальди в пресс-релизе.
Пока не совсем понятно, что эти результаты дают для понимания внутренностей черной дыры или прослойки между стандартной моделью и общей относительностью. Но команда считает, что, теоретически, теперь существует способ моделирования внутренней части черной дыры с использованием квантовых волновых функций, определенных именно этими алгоритмами.