Черные дыры остаются одной из самых глубоких космических загадок, искривляя пространство-время и бросая вызов фундаментальной физике. Новое исследование под руководством физика Энрико Ринальди из Мичиганского университета использует квантовые вычисления и машинное обучение для изучения их сути. Исследование, опубликованное в журнале PRX Quantum, предлагает новый взгляд на черные дыры и их связь с квантовой механикой.

Применяя голографический принцип, предполагающий, что гравитация и квантовая механика существуют в разных измерениях, но математически эквивалентны, команда Ринальди смоделировала структуры черных дыр. Эта работа приближает к объединению квантовой механики и общей теории относительности, двух исторически несовместимых систем физики.

В исследовании используются модели квантовых матриц для моделирования самого низкого энергетического состояния квантовой системы, что позволяет выявить поведение частиц внутри черных дыр. 

"Понимание этой теории частиц с помощью численных экспериментов может дать новые знания о гравитации".

Квантовые схемы представляют собой запутанные сети кубитов – фундаментальных единиц квантовой информации, в которых логические затворы диктуют поток данных. Ринальди сравнивает этот процесс с сочинением музыки: 

"Вы можете читать их как музыку, где каждый шаг преобразует кубиты, но точные операции, как музыкальные ноты, не предопределены".

Уточнив эти квантовые операции, команда успешно смоделировала матричные модели черных дыр, раскрыв новые структурные детали.

Вопреки представлению о черных дырах как о бездонных ямах, исследование предполагает более сложную структуру:

• Сингулярность – точка огромной плотности, где гравитация достигает максимума.
• Горизонт событий – порог, за которым ничто не исчезает.
• Фотонная сфера – область, где свет вращается вокруг черной дыры.
• Аккреционный диск – светящееся кольцо материала, закручивающееся в спираль.
• Джеты и магнитные поля – высокоэнергетическая плазма, выбрасываемая с полюсов.

В то время как обычная физика предсказывает бесконечно плотную сингулярность в ядре черной дыры, данное исследование предполагает наличие структурированного квантового состояния, управляемого еще не раскрытыми принципами.