Ещё в 1973 году американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер лаконично описал суть общей теории относительности: пространство диктует материи, как двигаться, а материя диктует пространству, как искривляться. У Эйнштейна гравитация — это не сила, а геометрия: массивное тело продавливает ткань пространства-времени, как шар для боулинга продавливает матрас, и другие тела скатываются в образовавшуюся ямку. Картинка изящная, но у неё есть фатальный изъян. Когда звезда умирает и схлопывается в чёрную дыру, "ямка" прорывает матрас насквозь — и теория Эйнштейна перестаёт работать. Именно для таких экстремальных случаев физикам была нужна квантовая теория гравитации, и десятилетиями они пытались собрать пространство-время из чисто квантовых частиц так, чтобы оно вело себя по Уилеру.
Прорыв наметился в конце 1990-х благодаря голографическому принципу. Хуан Малдасена, Эдвард Виттен и другие показали, что целую трёхмерную вселенную можно полностью закодировать в наборе взаимодействующих частиц на её двумерной границе - точно так же, как обычная голографическая открытка создает иллюзию объема на абсолютно плоской поверхности. Дальше выяснилось, что геометрию этого пространства держит квантовая запутанность: она работает как соединительная ткань. Перережьте "нити" запутанности между двумя областями - и мост между ними (например, червоточина) истончается и в конце концов исчезает. Так физики разобрались с первой фразой Уилера: запутанность создаёт сцену, по которой может двигаться материя. Но вторая половина оставалась загадкой - в этих моделях материя не искривляла пространство. Шар для боулинга лежал на матрасе, не оставляя вмятины.
И вот недавно появился недостающий ингредиент. Несколько научных групп, включая команду Чарльза Цао из политехнического института Вирджинии, обнаружили, что за эластичность пространства-времени отвечает особое свойство квантовой механики, получившее название «магия» (magic). Этот параметр отражает истинную квантовую природу системы и показывает, насколько трудно смоделировать её состояние на обычном компьютере. Сам термин ещё в 2004 году ввели физики Алексей Китаев и Сергей Бравий. По их теории, "магия" возникает из-за использования так называемых не-клиффордовых гейтов - и именно она обеспечивает квантовым компьютерам их колоссальное превосходство над классическими. Цао образно называет "магию" «кондиционером для ткани пространства». Как заметил Джон Прескилл из Калифорнийского технологического института, участвовавший в новой работе, без "магии" всё получается слишком просто — а квантовое пространство-время устроено сложнее.
Чтобы понять, при чём тут гравитация, нужно вспомнить о квантовых кодах коррекции ошибок — тех самых, что защищают хрупкую информацию в квантовых компьютерах, "размазывая" её по множеству кубитов. Дэниел Харлоу и другие ещё около десяти лет назад показали, что голография работает по той же логике. Но старые "стабилизаторные" коды жёстко делили запутанность на две части - отдельно за пространство, отдельно за материю, и эти части не могли влиять друг на друга. Пространство получалось идеальным, но инертным, мёртвым. Решением стал код нового поколения, который Цао, Прескилл и их коллеги построили уже в 2026 году: он насыщен не-клиффордовскими гейтами, а значит, "магичен". Эта магия позволяет запутанности пространства и запутанности материи наконец взаимодействовать - и пространство начинает прогибаться в ответ на материю. Сам Цао осторожен в оценках: код пока крайне общий, не описывает ни нашу конкретную Вселенную, ни ход времени. "Это даёт нам предшественника гравитации, - говорит он. - Мы сейчас на шаге 0,5 из 5".
Но даже на этой ранней стадии вырисовывается красивая и неожиданная картина. Два главных свойства квантовой механики - запутанность и магия - точно соответствуют двум главным свойствам пространства: его форме и его гибкости. Получается, что само пространство - одна из самых "квантовых" вещей, какие можно вообразить. Более того, гравитация, похоже, рождается из несовершенства кодирования: коды без магии защищают информацию идеально и потому порождают инертное пространство без гравитации, тогда как настоящая гравитация возникает именно из утечки, из перемешивания закодированной информации. Если довести метафору до конца, то лёгкая "небрежность" кода - это, как пошутил физик Бартек Чех из университета Цинхуа, и есть причина, по которой яблоко Ньютона когда-то упало вниз.
