В 1973 году Джон Арчибальд Уилер сформулировал суть общей теории относительности в двух фразах: пространство указывает материи, как двигаться, а материя говорит пространству, как искривляться. Именно эта взаимность десятилетиями не давалась физикам, пытавшимся построить квантовую модель Вселенной. Эйнштейн представлял гравитацию не как силу, а как геометрическое искривление пространства-времени — в популярной аналогии массивный объект (звезда) продавливает «матрас» ткани, а планеты катятся по образовавшейся впадине.
Проблема — в чёрных дырах. Когда звезда коллапсирует до бесконечно плотной точки, аналогия разрывается: «матрас» рвётся, и физикам нужна новая теория. В конце 1990-х учёные поняли: если представить пространство-время как набор квантовых частиц, чёрную дыру можно описать иначе. Последние десятилетия они разбирались, как такая конструкция работает. Выяснилось, что запутанность между частицами придаёт пространству структуру — материя может двигаться. Но второй пункт Уилера (материя искривляет пространство) оставался загадкой: «шар для боулинга» лежал на матрасе, не оставляя вмятины.
Сейчас Чарльз Цао из Virginia Tech и несколько команд физиков нашли недостающий элемент. Его называют «магией» — особой мерой квантовости. Без магии, по словам Джона Прескилла из Caltech, всё слишком просто, а квантовое пространство-время так не работает. Ключ — в голографическом принципе: трёхмерную область пространства можно заменить частицами на двумерной поверхности, как голограмму. Запутанность этих частиц скрепляет ткань пространства, но не даёт ей гнуться под весом материи.
Цао понял, что нужны более сложные квантовые коды, чем использовавшиеся ранее stabilizer codes. Те коды идеально разделяли запутанность, отвечающую за пространство и за материю — для квантовых компьютеров это хорошо, но для гравитации мертво. В 2020 году Цао и его коллеги заметили: чтобы выполнить такой код на квантовом компьютере, нужны операции T gate — так называемые non-Clifford gates. Именно они вносят в квантовое состояние «магию», которая не поддаётся эффективному моделированию на классических машинах.
Исследования показали: частицы, соответствующие экзотической вселенной anti-de Sitter space, оказались очень «магическими». Цао, Прескилл и другие создали новый код, использующий множество non-Clifford gates. Магия заставила запутанность для пространства и материи взаимодействовать — пространство наконец-то обрело «пружинистость». Как говорит Нин Бао из Northeastern University, если есть магия, есть и гравитация.
Пока это лишь proof of concept — «шаг 0,5 из 5». Код не описывает наше пространство, не учитывает время и реакции Эйнштейна. Но он показывает: гравитация может быть прямым проявлением несовершенного квантового кодирования. Идеальное кодирование даёт инертное пространство без гравитации. А магия, смешивая информацию, заставляет яблоко Ньютона падать.