Ще 1973 року американський фізик-теоретик Джон Арчібальд Вілер лаконічно описав суть загальної теорії відносності: простір диктує матерії, як рухатися, а матерія диктує простору, як викривлятися. У Ейнштейна гравітація — це не сила, а геометрія: масивне тіло продавлює тканину простору-часу, ніби куля для боулінгу продавлює матрац, і інші тіла скочуються в утворену ямку. Картинка витончена, проте вона має фатальну ваду. Коли зоря вмирає і колапсує в чорну діру, «ямка» прориває матрац наскрізь — і теорія Ейнштейна перестає працювати. Саме для таких екстремальних випадків фізикам була потрібна квантова теорія гравітації, і десятиліттями вони намагалися зібрати простір-час із суто квантових частинок так, щоб він поводився за Вілером.
Прорив намітився наприкінці 1990-х завдяки голографічному принципу. Хуан Малдасена, Едвард Віттен та інші показали, що цілий тривимірний всесвіт можна повністю закодувати в наборі взаємодіючих частинок на його двовимірній межі — точно так само, як звичайна голографічна листівка створює ілюзію об'єму на абсолютно пласкій поверхні. Далі з'ясувалося, що геометрію цього простору тримає квантова заплутаність: вона працює як сполучна тканина. Переріжте «нитки» заплутаності між двома областями — і міст між ними (наприклад, червоточина) тоншає і зрештою зникає. Так фізики розібралися з першою фразою Вілера: заплутаність створює сцену, якою може рухатися матерія. Але друга половина залишалася загадкою — у цих моделях матерія не викривляла простір. Куля для боулінгу лежала на матраці, не залишаючи вм'ятини.
І ось нещодавно з'явився відсутній інгредієнт. Кілька наукових груп, включно з командою Чарльза Цао з Вірджинського політехнічного інституту, виявили, що за еластичність простору-часу відповідає особлива властивість квантової механіки, яка дістала назву «магія» (magic). Цей параметр відображає справжню квантову природу системи і показує, наскільки важко змоделювати її стан на звичайному комп'ютері. Сам термін ще у 2004 році ввели фізики Олексій Китаєв та Сергій Бравій. За їхньою теорією, «магія» виникає через використання так званих не-кліффордових ґейтів — і саме вона забезпечує квантовим комп'ютерам їхню колосальну перевагу над класичними. Цао образно називає «магію» «кондиціонером для тканини простору». Як зауважив Джон Прескілл із Каліфорнійського технологічного інституту, який брав участь у новій роботі, без «магії» все виходить занадто просто — а квантовий простір-час влаштований складніше.
Щоби зрозуміти, до чого тут гравітація, слід згадати про квантові коди корекції помилок — ті самі, що захищають тендітну інформацію в квантових комп'ютерах, «розмазуючи» її по безлічі кубітів. Деніел Гарлоу та інші ще близько десяти років тому показали, що голографія працює за тією ж логікою. Але старі «стабілізаторні» коди жорстко ділили заплутаність на дві частини — окремо за простір, окремо за матерію, і ці частини не могли впливати одна на одну. Простір виходив ідеальним, але інертним, мертвим. Рішенням став код нового покоління, який Цао, Прескілл та їхні колеги побудували вже у 2026 році: він насичений не-кліффордовими ґейтами, а отже, є «магічним». Ця магія дозволяє заплутаності простору та заплутаності матерії нарешті взаємодіяти — і простір починає прогинатися у відповідь на матерію. Сам Цао обережний в оцінках: код поки що вкрай загальний, він не описує ні наш конкретний Всесвіт, ні хід часу. «Це дає нам попередника гравітації, — каже він. — Ми зараз на кроці 0,5 із 5».
Но навіть на цій ранній стадії вимальовується красива і несподівана картина. Дві головні властивості квантової механіки — заплутаність і магія — точно відповідають двом головним властивостям простору: його формі та його гнучкості. Виходить, що сам простір — одна з найбільш «квантових» речей, які тільки можна уявити. Ба більше, гравітація, схоже, народжується з недосконалості кодування: коди без магії захищають інформацію ідеально і тому породжують інертний простір без гравітації, тоді як справжня гравітація виникає саме через витік, через перемішування закодованої інформації. Якщо довести метафору до кінця, то легка «недбалість» коду — це, як пожартував фізик Бартек Чех з університету Цінхуа, і є причина, з якої яблуко Ньютона колись упало донизу.
