Το One Lab's Quest to Build Space-Time από Κβαντικά Σωματίδια

Οι προοπτικές για την απευθείας δοκιμή μιας θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας είναι φτωχές, για να το θέσω ήπια. Για να διερευνήσετε την εξαιρετικά μικροσκοπική κλίμακα Planck, όπου εμφανίζονται τα κβαντικά βαρυτικά φαινόμενα, θα χρειαστείτε έναν επιταχυντή σωματιδίων τόσο μεγάλο όσο ο γαλαξίας του Γαλαξία. Ομοίως, οι μαύρες τρύπες έχουν μοναδικότητες που διέπονται από την κβαντική βαρύτητα, αλλά καμία μαύρη τρύπα δεν είναι ιδιαίτερα κοντά - και ακόμα κι αν ήταν, δεν θα μπορούσαμε ποτέ να ελπίζουμε να δούμε τι υπάρχει μέσα. Η κβαντική βαρύτητα λειτούργησε επίσης στις πρώτες στιγμές της Μεγάλης Έκρηξης, αλλά τα άμεσα σήματα από εκείνη την εποχή έχουν παρέλθει προ πολλού, αφήνοντάς μας να αποκρυπτογραφήσουμε λεπτές ενδείξεις που εμφανίστηκαν για πρώτη φορά εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια αργότερα.

Αλλά σε ένα μικρό εργαστήριο λίγο έξω από το Πάλο Άλτο, η καθηγήτρια του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, Μόνικα Σλάιερ-Σμιθ και η ομάδα της προσπαθούν με διαφορετικό τρόπο να δοκιμάσουν την κβαντική βαρύτητα, χωρίς μαύρες τρύπες ή επιταχυντές σωματιδίων μεγέθους γαλαξία. Οι φυσικοί έχουν προτείνει για πάνω από μια δεκαετία ότι η βαρύτητα - ακόμα και ο ίδιος ο χωροχρόνος - μπορεί να προκύψει από μια παράξενη κβαντική σύνδεση που ονομάζεται εμπλοκή. Η Schleier-Smith και οι συνεργάτες της σχεδιάζουν αντίστροφα τη διαδικασία. Κατασκευάζοντας εξαιρετικά μπερδεμένα κβαντικά συστήματα σε ένα επιτραπέζιο πείραμα, ο Schleier-Smith ελπίζει να παράγει κάτι που μοιάζει και λειτουργεί σαν τον στρεβλό χωροχρόνο που προβλέπεται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein.

Σε ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε τον Ιούνιο, η ομάδα της ανακοίνωσε το πρώτο της πειραματικό βήμα κατά μήκος αυτής της διαδρομής:ένα σύστημα ατόμων παγιδευμένων από το φως, με συνδέσεις κατά παραγγελία, λεπτώς ελεγχόμενες με μαγνητικά πεδία. Όταν συντονιστούν με τον σωστό τρόπο, οι συσχετίσεις μεγάλων αποστάσεων σε αυτό το σύστημα περιγράφουν μια δενδροειδή γεωμετρία, παρόμοια με αυτές που παρατηρούνται σε απλά μοντέλα αναδυόμενου χωροχρόνου. Η Schleier-Smith και οι συνεργάτες της ελπίζουν να βασιστούν σε αυτό το έργο για να δημιουργήσουν ανάλογα με πιο σύνθετες γεωμετρίες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων των μαύρων τρυπών. Ελλείψει νέων δεδομένων από τη σωματιδιακή φυσική ή την κοσμολογία - μια κατάσταση πραγμάτων που θα μπορούσε να συνεχιστεί επ 'αόριστον - αυτή θα μπορούσε να είναι η πιο πολλά υποσχόμενη διαδρομή για να τεθούν σε δοκιμασία οι τελευταίες ιδέες σχετικά με την κβαντική βαρύτητα.

Οι κίνδυνοι των τέλειων προβλέψεων

Για πέντε δεκαετίες, η επικρατούσα θεωρία της σωματιδιακής φυσικής, το Καθιερωμένο Μοντέλο, δεν γνώρισε σχεδόν τίποτα παρά μόνο επιτυχία — προς την ατελείωτη απογοήτευση των σωματιδιακών φυσικών. Το πρόβλημα έγκειται στο γεγονός ότι το Καθιερωμένο Μοντέλο, παρά την επιτυχία του, είναι σαφώς ελλιπές. Δεν περιλαμβάνει τη βαρύτητα, παρά τη μακρά αναζήτηση μιας θεωρίας κβαντικής βαρύτητας που θα αντικαταστήσει τη γενική σχετικότητα. Ούτε μπορεί να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη ή τη σκοτεινή ενέργεια, που αντιπροσωπεύουν το 95% όλων των πραγμάτων στο σύμπαν. (Το Καθιερωμένο Μοντέλο έχει επίσης πρόβλημα με το γεγονός ότι τα νετρίνα έχουν μάζα — το μοναδικό φαινόμενο της σωματιδιακής φυσικής που δεν κατάφερε να προβλέψει.)

Επιπλέον, το ίδιο το Καθιερωμένο Μοντέλο υπαγορεύει ότι πέρα ​​από ένα ορισμένο κατώφλι υψηλής ενέργειας — ένα που σχετίζεται στενά με την κλίμακα Planck — είναι σχεδόν βέβαιο ότι αποτυγχάνει.

Οι φυσικοί αναζητούν απελπισμένα αινιγματικά πειραματικά δεδομένα που θα μπορούσαν να τους βοηθήσουν να τους καθοδηγήσουν καθώς κατασκευάζουν την αντικατάσταση του Καθιερωμένου Μοντέλου. Η θεωρία χορδών, που εξακολουθεί να είναι ο κορυφαίος υποψήφιος για να αντικαταστήσει το Καθιερωμένο Μοντέλο, έχει συχνά κατηγορηθεί ότι δεν μπορεί να δοκιμαστεί. Ωστόσο, ένα από τα πιο περίεργα χαρακτηριστικά της θεωρίας χορδών προτείνει έναν τρόπο δοκιμής ορισμένων ιδεών σχετικά με την κβαντική βαρύτητα που δεν απαιτούν μη πρακτικά επιτεύγματα της γαλαξιακής αρχιτεκτονικής.

Η θεωρία χορδών είναι γεμάτη με δυαδότητες — σχέσεις μεταξύ διαφορετικών φυσικών συστημάτων που μοιράζονται την ίδια μαθηματική δομή. Ίσως η πιο εκπληκτική και επακόλουθη από αυτές τις δυαδότητες είναι μια σύνδεση μεταξύ ενός τύπου κβαντικής θεωρίας σε τέσσερις διαστάσεις χωρίς βαρύτητα, γνωστή ως σύμμορφη θεωρία πεδίου (CFT), και ενός συγκεκριμένου είδους πενταδιάστατου χωροχρόνου με βαρύτητα, γνωστό ως έναν χώρο anti-de Sitter (AdS). Αυτή η αλληλογραφία AdS/CFT, όπως είναι γνωστό, ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1997 από τον φυσικό Juan Maldacena, τώρα στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών.

Επειδή το CFT έχει μία λιγότερη διάσταση από τον χώρο του AdS, το πρώτο μπορεί να θεωρηθεί ότι βρίσκεται στην επιφάνεια του δεύτερου, όπως το δισδιάστατο δέρμα ενός τρισδιάστατου μήλου. Ωστόσο, η κβαντική θεωρία στην επιφάνεια εξακολουθεί να συλλαμβάνει πλήρως όλα τα χαρακτηριστικά του όγκου μέσα - σαν να μπορούσες να πεις τα πάντα για το εσωτερικό ενός μήλου κοιτάζοντας μόνο το δέρμα του. Αυτό είναι ένα παράδειγμα αυτού που οι φυσικοί αποκαλούν ολογραφία:ένας χώρος χαμηλότερης διάστασης που δημιουργεί έναν χώρο υψηλότερης διάστασης, όπως ένα επίπεδο ολόγραμμα που παράγει μια τρισδιάστατη εικόνα.

Στην αντιστοιχία AdS/CFT, ο εσωτερικός ή ο «ογκώδης» χώρος προκύπτει από τις σχέσεις μεταξύ των κβαντικών στοιχείων στην επιφάνεια. Συγκεκριμένα, η γεωμετρία του μεγάλου χώρου είναι χτισμένη από τη διαπλοκή, τις «απόκοσμες» κβαντικές συνδέσεις που προβλημάτισαν τον Αϊνστάιν. Οι γειτονικές περιοχές του όγκου αντιστοιχούν σε πολύ μπερδεμένα τμήματα της επιφάνειας. Οι απομακρυσμένες περιοχές του όγκου αντιστοιχούν σε λιγότερο μπερδεμένα μέρη της επιφάνειας. Εάν η επιφάνεια έχει ένα απλό και τακτοποιημένο σύνολο σχέσεων εμπλοκής, ο αντίστοιχος όγκος θα είναι κενός. Εάν η επιφάνεια είναι χαοτική, με όλα τα μέρη της μπερδεμένα με όλα τα άλλα, ο όγκος θα σχηματίσει μια μαύρη τρύπα.

Η αντιστοιχία AdS/CFT είναι μια βαθιά και γόνιμη εικόνα για τις συνδέσεις μεταξύ της κβαντικής φυσικής και της γενικής σχετικότητας. Αλλά στην πραγματικότητα δεν περιγράφει τον κόσμο στον οποίο ζούμε. Το σύμπαν μας δεν είναι ένας πενταδιάστατος χώρος αντι-ντε Σίτερ — είναι ένας διαστελλόμενος τετραδιάστατος χώρος με «επίπεδη» γεωμετρία.

Έτσι, τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν προτείνει μια άλλη προσέγγιση. Αντί να ξεκινήσουμε από το μεγαλύτερο μέρος - το δικό μας σύμπαν - και να αναζητήσουμε το είδος του μοτίβου κβαντικής εμπλοκής που θα μπορούσε να το δημιουργήσει, μπορούμε να πάμε στον άλλο δρόμο. Ίσως οι πειραματιστές θα μπορούσαν να κατασκευάσουν συστήματα με ενδιαφέρουσες εμπλοκές - όπως το CFT στην επιφάνεια - και να αναζητήσουν τυχόν ανάλογα με τη γεωμετρία του χωροχρόνου και τη βαρύτητα.

Αυτό είναι πιο εύκολο να ειπωθεί παρά να γίνει. Δεν είναι ακόμη δυνατό να κατασκευαστεί ένα σύστημα όπως οποιοδήποτε από τα ισχυρά αλληλεπιδρώντα κβαντικά συστήματα που είναι γνωστό ότι έχουν βαρυτικά διπλά. Αλλά οι θεωρητικοί έχουν χαρτογραφήσει μόνο ένα μικρό κλάσμα πιθανών συστημάτων - πολλά άλλα είναι πολύ περίπλοκα για να μελετηθούν θεωρητικά με υπάρχοντα μαθηματικά εργαλεία. Για να δούμε αν κάποιο από αυτά τα συστήματα αποδίδει πράγματι κάποιο είδος χωροχρονικής γεωμετρίας, η μόνη επιλογή είναι να τα κατασκευάσουμε φυσικά στο εργαστήριο και να δούμε αν έχουν επίσης ένα βαρυτικό διπλό. «Αυτές οι πειραματικές κατασκευές μπορεί να μας βοηθήσουν να ανακαλύψουμε τέτοια συστήματα», είπε ο Maldacena. «Μπορεί να υπάρχουν πιο απλά συστήματα από αυτά που γνωρίζουμε». Έτσι, οι θεωρητικοί της κβαντικής βαρύτητας έχουν στραφεί σε ειδικούς στην κατασκευή και τον έλεγχο της εμπλοκής σε κβαντικά συστήματα, όπως η Schleier-Smith και η ομάδα της.

Η κβαντική βαρύτητα συναντά τα ψυχρά άτομα

«Υπάρχει κάτι πραγματικά κομψό στη θεωρία της κβαντικής μηχανικής που πάντα μου άρεσε», είπε ο Schleier-Smith. «Αν πάτε στο εργαστήριο, θα δείτε ότι υπάρχουν καλώδια παντού και όλα τα είδη ηλεκτρονικών που έπρεπε να κατασκευάσουμε και συστήματα ηλεκτρικής σκούπας και ακατάστατο υλικό. Αλλά στο τέλος της ημέρας, μπορείτε να φτιάξετε ένα σύστημα που να είναι καθαρό και ελεγχόμενο με τέτοιο τρόπο ώστε να αντιστοιχίζεται όμορφα σε αυτό το είδος κομψής θεωρίας που μπορείτε να γράψετε σε χαρτί."

Αυτή η ακατάστατη κομψότητα ήταν χαρακτηριστικό γνώρισμα της δουλειάς της Schleier-Smith από τις αποφοιτήτριές της στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, όπου χρησιμοποίησε το φως για να ωθήσει συλλογές ατόμων σε συγκεκριμένες μπερδεμένες καταστάσεις και έδειξε πώς να χρησιμοποιεί αυτά τα κβαντικά συστήματα για να κατασκευάσει πιο ακριβή ατομικά ρολόγια . Μετά το MIT, πέρασε μερικά χρόνια στο Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής Max Planck στο Garching της Γερμανίας, προτού προσγειωθεί στο Στάνφορντ το 2013. Μερικά χρόνια αργότερα, ο Brian Swingle, ένας θεωρητικός φυσικός τότε στο Στάνφορντ, εργαζόταν στη θεωρία χορδών, την κβαντική βαρύτητα και άλλα συναφή θέματα, ήρθαν κοντά της με μια ασυνήθιστη ερώτηση. «Της έγραψα ένα email λέγοντας, βασικά, «Μπορείς να αντιστρέψεις τον χρόνο στο εργαστήριό σου;» είπε ο Swingle. «Και είπε ναι. Και έτσι αρχίσαμε να μιλάμε."

Ο Swingle ήθελε να αντιστρέψει το χρόνο για να μελετήσει τις μαύρες τρύπες και ένα κβαντικό φαινόμενο γνωστό ως scrambling. Στην κβαντική σύγχυση, οι πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος διασκορπίζονται γρήγορα σε ένα μεγαλύτερο σύστημα, καθιστώντας πολύ δύσκολη την ανάκτηση των αρχικών πληροφοριών. «Οι μαύρες τρύπες είναι πολύ καλοί συγκεντρωτές πληροφοριών», είπε ο Swingle. «Κρύβουν πολύ καλά πληροφορίες». Όταν ένα αντικείμενο πέφτει σε μια μαύρη τρύπα, οι πληροφορίες για αυτό το αντικείμενο κρύβονται γρήγορα από το υπόλοιπο σύμπαν. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι μαύρες τρύπες συγκαλύπτουν τις πληροφορίες σχετικά με τα αντικείμενα που πέφτουν σε αυτές —και εάν αυτές οι πληροφορίες είναι απλώς κρυμμένες ή πράγματι καταστρέφονται— αποτελεί κύριο επίκεντρο της θεωρητικής φυσικής από τη δεκαετία του 1970.

Στην αντιστοιχία AdS/CFT, μια μαύρη τρύπα στο μεγαλύτερο μέρος αντιστοιχεί σε έναν πυκνό ιστό εμπλοκής στην επιφάνεια που ανακατεύει τις εισερχόμενες πληροφορίες πολύ γρήγορα. Ο Swingle ήθελε να μάθει πώς θα έμοιαζε στο εργαστήριο ένα κβαντικό σύστημα με ταχεία σύγχυση και συνειδητοποίησε ότι για να επιβεβαιωθεί ότι η σύγχυση γινόταν όσο το δυνατόν γρηγορότερα, οι ερευνητές θα έπρεπε να ελέγχουν αυστηρά το εν λόγω κβαντικό σύστημα, με την ικανότητα για να αντιστρέψετε τέλεια όλες τις αλληλεπιδράσεις. «Ο προφανής τρόπος για να γίνει αυτό απαιτούσε την ικανότητα αποτελεσματικής γρήγορης γρήγορης περιέλιξης του συστήματος», είπε ο Swingle. «Και αυτό δεν είναι κάτι που μπορείς να κάνεις σε ένα καθημερινό είδος πειράματος». Αλλά ο Swingle ήξερε ότι το εργαστήριο του Schleier-Smith μπορεί να ήταν σε θέση να ελέγξει την εμπλοκή μεταξύ των ατόμων αρκετά προσεκτικά ώστε να αντιστρέψει τέλεια όλες τις αλληλεπιδράσεις τους, σαν να έτρεχε ο χρόνος προς τα πίσω. "Αν έχετε αυτό το ωραίο, απομονωμένο, καλά ελεγχόμενο, εξαιρετικά σχεδιασμένο κβαντικό σύστημα πολλών σωμάτων, τότε ίσως έχετε μια ευκαιρία", είπε.

Έτσι ο Σουίνγκλ άπλωσε το χέρι στον Σλάιερ-Σμιθ και της είπε τι ήθελε να κάνει. «Μου εξήγησε αυτή την εικασία ότι αυτή η διαδικασία ανακαίνισης - ότι υπάρχει ένα θεμελιώδες όριο ταχύτητας στο πόσο γρήγορα μπορεί να συμβεί αυτό», είπε ο Schleier-Smith. «Και ότι αν μπορούσατε να κατασκευάσετε ένα κβαντικό σύστημα στο εργαστήριο που ανακατεύεται σε αυτό το θεμελιώδες όριο ταχύτητας, τότε ίσως αυτό θα ήταν κάποιο είδος αναλόγου μιας μαύρης τρύπας». Οι συνομιλίες τους συνεχίστηκαν και το 2016, ο Swingle και ο Schleier-Smith συνέγραψαν μια εργασία, μαζί με τον Patrick Hayden, άλλο θεωρητικό στο Stanford, και τον Gregory Bentsen, έναν από τους μεταπτυχιακούς φοιτητές του Schleier-Smith εκείνη την εποχή, περιγράφοντας μια εφικτή μέθοδο δημιουργίας και ανίχνευση γρήγορης κβαντικής κρυπτογράφησης στο εργαστήριο.

Αυτή η εργασία άφησε τη Schleier-Smith να σκεφτεί άλλα ερωτήματα σχετικά με την κβαντική βαρύτητα που θα μπορούσε να διερευνήσει το εργαστήριό της. «Αυτό με έκανε να σκεφτώ… ίσως αυτές είναι πραγματικά καλές πλατφόρμες για να μπορέσουμε να συνειδητοποιήσουμε κάποια μοντέλα παιχνιδιών κβαντικής βαρύτητας που είναι δύσκολο να πραγματοποιηθούν με άλλα μέσα», είπε. Άρχισε να σκέφτεται μια διάταξη όπου ζεύγη ατόμων θα μπλέκονταν μεταξύ τους και στη συνέχεια κάθε ζευγάρι θα μπλέκονταν με ένα άλλο ζευγάρι και ούτω καθεξής, σχηματίζοντας ένα είδος δέντρου. «Φαινόταν κάπως τραβηγμένο να το κάνουμε πραγματικά, αλλά τουλάχιστον μπορούσα να φανταστώ σε χαρτί πώς θα σχεδιάζατε ένα σύστημα όπου θα το κάνετε αυτό», είπε. Αλλά δεν ήταν σίγουρη αν αυτό όντως αντιστοιχούσε σε κάποιο γνωστό μοντέλο κβαντικής βαρύτητας.

Έντονη και ευγενική, η Schleier-Smith έχει έναν μολυσματικό ενθουσιασμό για τη δουλειά της, όπως ανακάλυψε ο μαθητής της Bentsen. Είχε ξεκινήσει τη διδακτορική του εργασία στο Στάνφορντ στη θεωρητική φυσική, αλλά η Schleier-Smith κατάφερε να τον τραβήξει στην ομάδα της ούτως ή άλλως. «Τον έπεισα να κάνει πειράματα», θυμάται, «αλλά διατήρησε ενδιαφέρον και για τη θεωρία και του άρεσε να συνομιλεί με θεωρητικούς του τμήματος». Συζήτησε τη νέα της ιδέα με τον Bentsen, ο οποίος τη συζήτησε με τον Sean Hartnoll, έναν άλλο θεωρητικό στο Stanford. Ο Χάρτνολ με τη σειρά του έπαιξε προξενητή, συνδέοντας τον Σλάιερ-Σμιθ και τον Μπέντσεν με τον Στίβεν Γκάμπσερ, έναν θεωρητικό στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. (Ο Γκάμπσερ πέθανε αργότερα σε ατύχημα κατά την αναρρίχηση.)

Εκείνη την εποχή, ο Gubser εργαζόταν σε μια ανατροπή στην αλληλογραφία AdS/CFT. Αντί να χρησιμοποιεί το γνωστό είδος αριθμών που χρησιμοποιούν γενικά οι φυσικοί, χρησιμοποιούσε ένα σύνολο εναλλακτικών συστημάτων αριθμών γνωστών ως p - adic αριθμούς. Η βασική διάκριση μεταξύ του p - Adics και συνηθισμένοι «πραγματικοί» αριθμοί είναι ο τρόπος που ορίζεται το μέγεθος ενός αριθμού. Στο p - adics, το μέγεθος ενός αριθμού καθορίζεται από τους πρώτους παράγοντες του. Υπάρχει ένα p -σύστημα adic αριθμών για κάθε πρώτο αριθμό:οι 2-adics, οι 3-adics, οι 5-adics, και ούτω καθεξής. Σε κάθε p -σύστημα adic αριθμών, οι περισσότεροι παράγοντες του p έχει ένας αριθμός, τόσο μικρότερος είναι αυτός ο αριθμός. Έτσι, για παράδειγμα, στους 2-adics, το 44 είναι πολύ πιο κοντά στο 0 παρά στο 45, επειδή το 44 έχει δύο παράγοντες 2, ενώ το 45 δεν έχει κανέναν. Αλλά στους 3-adics, είναι το αντίστροφο. Το 45 είναι πιο κοντά στο 0 παρά στο 44, επειδή το 45 έχει δύο παράγοντες 3. Κάθε p -Το adic αριθμητικό σύστημα μπορεί επίσης να αναπαρασταθεί ως ένα είδος δέντρου, με κάθε κλάδο να περιέχει αριθμούς που έχουν όλοι τον ίδιο αριθμό παραγόντων p .

Χρησιμοποιώντας το p -οι adics, ο Gubser και άλλοι είχαν ανακαλύψει ένα αξιοσημείωτο γεγονός σχετικά με την αλληλογραφία AdS/CFT. Εάν ξαναγράψετε τη θεωρία επιφανειών χρησιμοποιώντας το p -Αδικοί αριθμοί αντί για πραγματικούς, ο όγκος αντικαθίσταται με ένα είδος άπειρου δέντρου. Συγκεκριμένα, είναι ένα δέντρο με άπειρα κλαδιά συσκευασμένα σε έναν πεπερασμένο χώρο, που μοιάζει με τη δομή του p - οι ίδιοι οι adic αριθμοί. Το p -οι adics, έγραψε ο Gubser, είναι «φυσικά ολογραφικοί».

«Η δομή του p -Οι adic αριθμοί για τους οποίους μου είπε ο [Gubser] μου θύμισαν τον τρόπο που τα άτομα της Monika αλληλεπιδρούσαν μεταξύ τους», είπε ο Hartnoll, «έτσι τα έφερα σε επαφή». Ο Gubser συνέγραψε μια εργασία το 2019 με τους Schleier-Smith, Bentsen και άλλους. Στο έγγραφο, η ομάδα περιέγραψε πώς να αποκτήσετε κάτι που μοιάζει με το p -Αδικό δέντρο να αναδύεται από μπερδεμένα άτομα σε ένα πραγματικό εργαστήριο. Με το σχέδιο στα χέρια, η Schleier-Smith και η ομάδα της έπιασαν δουλειά.

Δημιουργία Χώρου-Χρόνου στο Εργαστήριο

Το εργαστήριο του Schleier-Smith στο Στάνφορντ είναι ένα πυκνό δάσος από καθρέφτες, φακούς και καλώδια οπτικών ινών που περιβάλλουν έναν θάλαμο κενού στο κέντρο του δωματίου. Σε αυτόν τον θάλαμο κενού, 18 μικροσκοπικές συλλογές ατόμων ρουβιδίου - περίπου 10.000 σε μια ομάδα - είναι διατεταγμένες σε μια γραμμή και ψύχονται σε φαινομενικά χαμηλές θερμοκρασίες, ένα κλάσμα ενός βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Ένα ειδικά συντονισμένο λέιζερ και ένα μαγνητικό πεδίο που αυξάνεται από το ένα άκρο του θαλάμου στο άλλο επιτρέπουν στους πειραματιστές να επιλέξουν ποιες ομάδες ατόμων συσχετίζονται μεταξύ τους.

Χρησιμοποιώντας αυτή τη διάταξη εργαστηρίου, η Schleier-Smith και η ερευνητική της ομάδα μπόρεσαν να πάρουν τις δύο ομάδες ατόμων στα άκρα της γραμμής εξίσου συσχετισμένες με τις γειτονικές ομάδες στη μέση της γραμμής, συνδέοντας τα άκρα και μετατρέποντας τη γραμμή σε κύκλος συσχετισμών. Στη συνέχεια οδήγησαν τη συλλογή των ατόμων σε μια δομή που μοιάζει με δέντρο. Όλα αυτά επιτεύχθηκαν χωρίς να μετακινηθούν καθόλου τα άτομα — η συσχέτιση "γεωμετρία" ήταν εντελώς αποσυνδεδεμένη από την πραγματική χωρική γεωμετρία των ατόμων.

Ενώ η δομή του δέντρου που σχηματίζεται από τα αλληλεπιδρώντα άτομα στο εργαστήριο του Schleier-Smith δεν είναι μια πλήρης υλοποίηση του p -adic AdS/CFT, είναι «ένα πρώτο βήμα προς την ολογραφία στο εργαστήριο», είπε ο Hayden. Ο Maldacena, ο δημιουργός της αλληλογραφίας AdS/CFT, συμφωνεί:«Είμαι πολύ ενθουσιασμένος για αυτό», είπε. "Το θέμα μας ήταν πάντα πολύ θεωρητικό, και έτσι αυτή η επαφή με το πείραμα θα εγείρει πιθανώς περισσότερα ερωτήματα."

Ο Hayden βλέπει αυτό ως τον δρόμο του μέλλοντος. «Αντί να προσπαθούμε να κατανοήσουμε την εμφάνιση του χωροχρόνου στο σύμπαν μας, ας φτιάξουμε πραγματικά σύμπαντα παιχνιδιών στο εργαστήριο και ας μελετήσουμε την εμφάνιση του χωροχρόνου εκεί», είπε. «Και αυτό ακούγεται σαν τρελό πράγμα, σωστά; Σαν τρελός επιστήμονας, έτσι; Αλλά νομίζω ότι είναι πολύ πιο εύκολο να το κάνουμε αυτό παρά να δοκιμάσουμε απευθείας την κβαντική βαρύτητα.»

Ο Schleier-Smith είναι επίσης αισιόδοξος για το μέλλον. «Είμαστε ακόμα στο στάδιο του να αποκτούμε όλο και περισσότερο έλεγχο, χαρακτηρίζοντας τις κβαντικές καταστάσεις που έχουμε. Αλλά… θα ήθελα πολύ να φτάσω σε εκείνο το σημείο όπου δεν ξέρουμε τι θα συμβεί», είπε. «Και ίσως μετράμε τους συσχετισμούς στο σύστημα και μαθαίνουμε ότι υπάρχει μια γεωμετρική περιγραφή, κάποια ολογραφική περιγραφή που δεν γνωρίζαμε ότι υπήρχε. Θα ήταν ωραίο."