A holografikus kettősség egy matematikai sejtés, amely összekapcsolja a részecske teóriát a gravitáció teóriájával. A sejtés azt sugallja, hogy a gravitáció elmélete és a részecskék elmélete matematikailag egyenértékű: ami matematikailag történik a gravitáció esetén, az megtörténik a részecskék esetén is, és fordítva. Mindkét elmélet különböző dimenziókat ír le, de az általuk leírt dimenziók száma eggyel különbözik. Tehát például egy fekete lyukban a gravitáció három dimenzióban, míg a részecskeelmélet két dimenzióban létezik – ez utóbbi a lyuk a felületén – egy lapos korongon. Vagyis a három dimenziós fekete lyuk gravitációja matematikailag kapcsolódik a szóban forgó korongon két dimenzióban mozgolódó részecskékhez. Ez az oka, hogy a fekete lyuk ugyan három dimenzióban létezik, de mi ezt a részecskéken keresztül kivetítve, két dimenzióban látjuk.

Akadnak kutatók egyébként, akik szerint épp ezért az egész univerzum egy hologram.

Téridőt építenek a kutatók egy laboratóriumban, hogy megfejtsék a kvantumgravitáció rejtélyét A hologram univerzum teóriájából kiindulva a kutatók kvantumösszefonódással próbálják megteremteni a téridő modelljét és megfigyelni a kvantumgravitációt.

„Einstein általános relativitáselméletében nincsenek részecskék – csak téridő van. A részecskefizika standard modelljében pedig nincs gravitáció, csak részecskék vannak” – mondta Enrico Rinaldi, a mostani kutatás vezetője – „A két különböző elmélet összekapcsolása régi probléma a fizikában, amire a tudósok a múlt század óta tettek kísérleteket.”

A PRX Quantum folyóiratban megjelent tanulmányban Rinaldi és szerzőtársai azt vizsgálják, hogy a holografikus kettősséget kvantumszámítással és mély tanulással modellezve lehetséges-e megtalálni a kvantummátrix modelleknek nevezett matematikai problémák legalacsonyabb energiájú állapotát. Mivel a holografikus kettősség alapján tehát ami matematikailag történik egy részecskeelméletet képviselő rendszerben, az hasonlóan jelenik meg a gravitációt reprezentáló rendszerben is, így egy ilyen kvantummátrix modell megoldása információkat tárhat fel a gravitációról. Ezt persze könnyebb mondani, mint megtenni, mivel a részecskeelmélethez kapcsolódó számítások nem túl könnyűek – a számítógépek azonban segíthetnek.

A legfontosabb az alapállapot kiszámítása, mert innen lehet aztán tovább lépni. A kutatók hasonlata alapján az alapállapot olyan, mintha a mátrix modellben lévő számokat homokszemekként képzelnénk el. Amennyiben a homok vízszintesen terül el és sima, az az alapállapot. Ám ha hullámok vannak a homokban, meg kell találni a módját, hogy ezeket kisimítsuk. Ennek eléréséhez Rinaldi tanulmányában a kutatók meghatározzák mátrixmodelljük kvantumállapotának a matematikai leírását, az úgynevezett kvantumhullámfüggvényt. Ezután egy speciális neurális hálózatot használnak, hogy megtalálják a lehető legalacsonyabb energiájú mátrix hullámfüggvényét – vagyis az alapállapotát.

Rinaldi hozzátette azt is, hogy az alapállapot ugyan más módszerekkel is megtalálható, de ezekkel nem lehet eljutni a hullámfüggvény teljes szerkezetéhez. Az új technológiáknak – a kvantumszámítógépeknek és mély tanulásnak hála azonban egy nap ez is lehetségessé válhat. Mint a kutató fogalmazott:

„Mivel ezek a mátrixok egy speciális típusú fekete lyuk egyik lehetséges ábrázolásai, ha tudjuk, hogy a mátrixok miként vannak elrendezve és milyen tulajdonságaik vannak, megtudhatjuk például, hogy néz ki egy fekete lyuk belülről. Vagy azt, mi található egy fekete lyuk eseményhorizontján, illetve azt is, hogy egyáltalán honnan származik a fekete lyuk. E kérdések megválaszolása egy lépés lenne a gravitáció kvantumelmélete felé vezető úton.”

Jelenleg a kutatóknak sikerült felfedezniük mindkét vizsgált mátrixmodell alapállapotát, de hangsúlyozták, hogy a jelenlegi kvantumszámítógép-technológia még túl költséges, és azt is, hogy épp ezért a technológia további fejlődésére lenne szükség ahhoz, hogy a következő lépést megtegyék: tehát a kvantumgravitáció elméletét továbbfejlesszék a holografikus kettősség sejtésére építve. Viszont a kvantumszámítógépek említett fejlődése, amely lényegében olcsóbban jelent komolyabb számítási kapacitást, elvezethet oda, hogy megtudjuk, mi zajlik egy fekete lyuk belsejében, túl az eseményhorizonton.