Tanto la computación cuántica como el aprendizaje automático se han promocionado como la próxima revolución informática durante bastante tiempo.Sin embargo, los expertos señalan que estas técnicas no son herramientas generalizadas. Estas técnicas son solo grandes saltos en el poder de la computadora para algoritmos altamente especializados, y es mucho más raro poder trabajar en el mismo problema.Un ejemplo de dónde pueden trabajar juntos es modelar respuestas a uno de los problemas más difíciles de la física. ¿Cómo se relaciona la relatividad general con el modelo estándar?
Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Michigan y RIKEN cree que pueden haber desarrollado un algoritmo de este tipo.No hay muchos lugares donde colisionen dos grandes modelos físicos, pero el perímetro de un agujero negro es uno de ellos.El agujero negro en sí mismo es un pozo gravitatorio masivo gobernado completamente por la física definida por la teoría general de la relatividad.Sin embargo, muchas partículas no se ven afectadas de manera efectiva por la gravedad, sino que se arremolinan alrededor del horizonte de sucesos, lo que corresponde a una estructura de modelo estándar que trata directamente con la física de las partículas.
Ha habido una teoría de larga data de que el movimiento y la aceleración de las partículas directamente sobre un agujero negro podría ser una proyección bidimensional de lo que hace el propio agujero negro en tres dimensiones.este conceptodualidad holográficaY puede proporcionar una forma de encontrar una interfaz importante entre la teoría de la relatividad (es decir, la física de los agujeros negros) y el modelo estándar (es decir, la física de partículas).
Sin embargo, la dualidad holográfica en sí misma es difícil de modelar con los algoritmos informáticos modernos.Entonces, Enrico Rinaldi, físico de la Universidad de Michigan y RIKEN, intentó desarrollar un nuevo modelo que aprovecha dos arquitecturas informáticas muy publicitadas.computación cuánticaYaprendizaje automático.
La computación cuántica en sí misma puede ayudar a modelar la física de partículas. Esto se debe a que parte de la física que subyace en las propias plataformas informáticas está sujeta a leyes de la física que nos resultan demasiado ajenas a escala macroscópica.En este caso, el Dr. Rinaldi y su equipo utilizaron un algoritmo que se ejecuta en una computadora cuántica para simular las partículas que forman parte del proyecto de la dualidad holográfica.
Para ello, utilizamos el concepto de un modelo de matriz cuántica.Al igual que con muchas simulaciones de física, el objetivo final de la simulación era encontrar el estado de energía más bajo del sistema.El modelo de matriz cuántica ayudará a resolver eficazmente el problema de optimización de encontrar el estado de energía más bajo de un sistema de partículas proyectadas sobre un agujero negro.
Los algoritmos que utilizan computadoras cuánticas no son la única forma de encontrar el “estado primario”, que es el estado de energía más bajo de un sistema.Otra forma es utilizar un tipo de tecnología de IA llamada redes neuronales.Se basa en utilizar un sistema similar al que se encuentra en el cerebro humano.
El equipo aplicó estos algoritmos a una especie de modelo de matriz que se basa en ideas cuánticas pero que no requiere computación cuántica.Conocidas como funciones de onda cuánticas, estas nuevamente representan actividad de partículas en la superficie de un agujero negro.Y una vez más, el algoritmo de la red neuronal pudo resolver el problema de optimización y encontrar el “estado fundamental”.
Según Rinaldi, estas nuevas técnicas representan una mejora significativa con respecto a otros esfuerzos anteriores para resolver estos algoritmos.”Otro método que la gente usa comúnmente es encontrar la energía del estado fundamental, pero no la estructura completa de la función de onda”, dijo Rinaldi en un comunicado de prensa.
Lo que esto significa para comprender la interfaz entre el modelo interno o estándar de un agujero negro y la teoría general de la relatividad es todavía un poco como una caja negra.En teoría, debería haber una forma de modelar el interior de un agujero negro usando el tipo de función de onda cuántica definida por estos algoritmos.Sin embargo, según Rinaldi, el trabajo que podría conducir a una teoría cuántica fundamental de la gravedad aún no está terminado.Pero a medida que estas arquitecturas informáticas exageradas continúan ganando popularidad, es casi seguro que alguien intentará arrojar algo de luz sobre esa caja negra.
Aprende más:
Universidad de Michigan –¿Qué hay dentro de un agujero negro?Los físicos de la UM utilizan la computación cuántica y el aprendizaje automático para averiguarlo
espacio.com –¿Es nuestro universo una proyección holográfica?Los científicos están utilizando agujeros negros y computación cuántica para resolverlo.
Vicio –Los científicos están confirmando que los agujeros negros de minería de datos son hologramas.
cuantos –Cómo nuestro universo podría aparecer como un holograma
Imagen principal:
Una representación gráfica del modelo utilizado en el estudio.
Créditos: Enrico Rinaldi/UM, RIKEN y A. Silvestri