Dalam eksperimen yang terobosan, para fisikawan berhasil mensimulasikan lubang cacing “bayi” pada komputer kuantum, memberikan wawasan baru tentang sifat ruang-waktu dan hubungan antara mekanika kuantum dan relativitas umum. Tim peneliti yang dipimpin oleh Maria Spiropulu dari Institut Teknologi California menggunakan komputer kuantum Sycamore 2 dari Google untuk menciptakan model sederhana dari alam semesta holografik yang berisi dua lubang hitam yang terjerat. Dengan mengenkripsi pesan ke dalam satu qubit (unit dasar informasi kuantum) dan mengamati pesan itu muncul tanpa teracak dari sisi lain, mereka mampu mendemonstrasikan perilaku seperti lubang cacing. “Kami menemukan sistem kuantum yang menunjukkan sifat-sifat utama dari lubang cacing gravitasi namun cukup kecil untuk diimplementasikan pada perangkat keras kuantum saat ini,” kata Spiropulu. “Pekerjaan ini merupakan langkah menuju program yang lebih besar untuk menguji fisika gravitasi kuantum menggunakan komputer kuantum.”

Lubang Cacing dan Gravitasi Kuantum

Lubang cacing adalah terowongan hipotetis melalui ruang-waktu yang menghubungkan wilayah yang jauh di alam semesta. Mereka pertama kali dijelaskan oleh Albert Einstein dan Nathan Rosen pada tahun 1935 dan sering digambarkan dalam fiksi ilmiah sebagai sarana perjalanan antar bintang yang cepat. Namun, lubang cacing yang disimulasikan dalam eksperimen ini berbeda dari rekan-rekan fiksi ilmiah mereka. Mereka bukan terowongan fisik, melainkan model mainan yang mengandalkan teleportasi kuantum untuk meniru perilaku lubang hitam dan mengirim informasi melalui portal. Eksperimen ini signifikan karena menunjukkan hubungan antara lubang cacing dan mekanika kuantum, yang dapat membantu mendamaikan dua teori fundamental fisika modern: relativitas umum dan mekanika kuantum. Relativitas umum, yang dikembangkan oleh Einstein pada tahun 1915, adalah deskripsi terbaik yang kita miliki tentang gravitasi dalam skala besar, sementara mekanika kuantum adalah teori paling akurat tentang dunia subatomik. Namun, kedua teori ini tidak kompatibel, dan teori terpadu tentang gravitasi kuantum tetap sulit dipahami. Dengan mensimulasikan perilaku seperti lubang cacing menggunakan mekanika kuantum, para peneliti berharap dapat menjelaskan masalah ini. “Ide-ide ini telah ada sejak lama dan mereka adalah ide yang sangat kuat,” kata Joseph Lykken, seorang fisikawan di Fermilab dan rekan penulis studi tersebut. “Tetapi pada akhirnya, kami berada dalam ilmu eksperimental, dan kami telah berjuang sekarang selama waktu yang sangat lama untuk menemukan cara mengeksplorasi ide-ide ini di laboratorium.”

Eksperimen

Para peneliti memulai dengan mengembangkan sistem kuantum sederhana yang disebut model Sachdev–Ye–Kitaev (SYK) dan menjalin keterikatan dengan sistem SYK lainnya. Model ini dirancang untuk mempertahankan sifat gravitasi dari lubang cacing. Mereka kemudian menggunakan teknik pembelajaran mesin untuk lebih menyederhanakan model tersebut, membuatnya cukup kecil untuk dienkripsi pada prosesor kuantum Sycamore dari Google. Akhirnya, mereka memperkenalkan qubit ke dalam salah satu sistem SYK dan mengamati qubit itu muncul dari sisi lain, seolah-olah telah melewati lubang cacing. “Kami menggunakan teknik pembelajaran untuk menemukan dan mempersiapkan sistem kuantum seperti SYK sederhana yang dapat dienkripsi dalam arsitektur kuantum saat ini dan yang akan mempertahankan sifat-sifat gravitasi,” jelas Spiropulu. Para peneliti mencatat bahwa informasi melintasi celah yang sangat kecil, hanya beberapa faktor lebih besar dari jarak terpendek yang dapat dibayangkan di alam, panjang Planck. Mereka juga menemukan bahwa informasi muncul sepenuhnya utuh dan dalam urutan yang sama dengan saat masuk, petunjuk penting bahwa eksperimen berperilaku seperti lubang cacing fisik.

Implikasi dan Arah Masa Depan

Meskipun eksperimen ini tidak menciptakan lubang cacing nyata, itu memberikan bukti bahwa perilaku seperti lubang cacing dapat dijelaskan dari perspektif mekanika kuantum dan relativitas umum. Ini menunjukkan bahwa kedua teori tersebut mungkin lebih terkait erat daripada yang diperkirakan sebelumnya. “Kami menemukan bahwa sistem kuantum yang kami rekayasa memiliki interpretasi gravitasi,” kata Spiropulu. “Itu terlihat seperti bebek, berjalan seperti bebek, bersuara seperti bebek. Jadi itulah yang bisa kami katakan pada titik ini – bahwa kami memiliki sesuatu yang dalam hal sifat-sifat yang kami lihat, itu terlihat seperti lubang cacing.” Namun, eksperimen ini juga dipertanyakan oleh beberapa peneliti. Analisis terbaru oleh kelompok fisikawan lain menunjukkan bahwa meskipun eksperimen tersebut mungkin menghasilkan sesuatu yang mirip dengan lubang cacing, itu bukan lubang cacing holografik sejati. Mereka berpendapat bahwa eksperimen teleportasi tersebut tidak ada hubungannya dengan gravitasi. Terlepas dari keraguan ini, para peneliti tetap optimis tentang potensi eksperimen mereka untuk lebih memahami gravitasi kuantum. Di masa depan, mereka berencana merancang eksperimen yang lebih kompleks, melaksanakannya pada perangkat keras yang lebih maju, dan mengirim kode melalui jarak yang lebih jauh. “Secara eksperimental, saya akan mengatakan bahwa itu sangat, sangat jauh,” kata Spiropulu ketika ditanya tentang kemungkinan mengirimkan objek fisik melalui lubang cacing. “Orang-orang datang kepada saya dan bertanya, ‘Bisakah Anda memasukkan anjing Anda ke dalam lubang cacing?’ Tidak, itu lompatan yang sangat besar.” Namun, para peneliti menekankan bahwa kemampuan untuk mengeksplorasi konsep fundamental alam semesta kita dalam pengaturan laboratorium adalah perkembangan yang menggembirakan. “Ide-ide ini telah ada sejak lama dan mereka adalah ide yang sangat kuat,” kata Lykken. “Tetapi pada akhirnya, kami berada dalam ilmu eksperimental, dan kami telah berjuang sekarang selama waktu yang sangat lama untuk menemukan cara mengeksplorasi ide-ide ini di laboratorium. Dan itulah yang benar-benar mengasyikkan tentang ini.”

Kesimpulan

Simulasi lubang cacing pada komputer kuantum adalah langkah signifikan ke depan dalam pemahaman kita tentang gravitasi kuantum dan sifat ruang-waktu. Meskipun eksperimen ini tidak menciptakan lubang cacing fisik, ini memberikan bukti bahwa perilaku seperti lubang cacing dapat dijelaskan menggunakan mekanika kuantum. Ini menunjukkan bahwa dua teori fundamental fisika modern, relativitas umum dan mekanika kuantum, mungkin lebih terkait erat daripada yang diperkirakan sebelumnya. Namun, eksperimen ini juga dipertanyakan oleh beberapa peneliti, dan implikasi dari hasilnya tetap menjadi subjek perdebatan. Terlepas dari ketidakpastian ini, para peneliti tetap optimis tentang potensi eksperimen mereka untuk lebih memahami gravitasi kuantum. Seperti yang dikatakan oleh Spiropulu, “Ini bukan hanya, ‘Yah, lubang cacing itu keren.’ Ini adalah cara untuk benar-benar melihat masalah-masalah fundamental dari alam semesta kita dalam pengaturan laboratorium.”