“量子”量子计算机首次成功模拟虫洞

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量子计算机的模拟显示了信息如何通过虫洞。

美国研究人员首次利用量子计算机模拟出“全息虫洞”。相关研究12月1日以封面文章形式发表于《自然》。

这里的“全息”并非字面意义上的全息图像，而是一种简化的涉及量子力学和引力的相关物理问题的方法。因此，类似的模拟可以帮助人们理解如何将上述两个概念结合到量子引力理论中，后者可能是目前物理学中最棘手和最重要的问题。

研究物质世界微观粒子运动规律的量子力学，与描述宏观物质间引力相互作用的广义相对论，在各自领域都取得了非凡的成功。但这两种基本理论并不相配，无法合二为一。这种矛盾在两种理论都适用的领域体现得尤为明显，比如黑洞内部和周围区域。

这一区域非常复杂，而这就是“全息”的用武之地。它可以帮助物理学家创建一个与原始系统相当，但不太复杂的系统。这类似于用二维全息图显示三维图像的细节。

加州理工学院的Maria Spiropulu和同事使用谷歌的Sycamore量子计算机，模拟了一个“全息虫洞”—— 一个两端都有黑洞的时空隧道。他们模拟了一种理论上可以让信息通过的虫洞，并研究了信息通过虫洞的过程。

穿越真实虫洞的过程，在很大程度上是由引力介导的，但“全息虫洞”使用量子效应替代引力，以消除方程中的相对论，从而简化系统。这意味着当信息通过虫洞时，实际上是在进行量子隐形传态。通过这一过程，量子态的信息可以在两个遥远但量子纠缠的粒子间传输。在这个模拟中，所谓的“信息”是一个包含量子态的信号——一个1和0叠加的量子比特。

“信号变得混乱、稀碎，然后又重新组合，在虫洞另一端变得完美无瑕。即使在这个微小的系统中，我们也可以支撑起虫洞，并观察到我们所期望看到的东西。”Spiropulu说，这是因为两个黑洞间的量子纠缠，使落入虫洞一端的信息得以在另一端保存。而这一过程正是量子计算机可以开展这类实验的部分原因。

此次模拟只使用了9个量子比特，所以分辨率很低，必须仔细调整才能显示出虫洞的特征。如果使用一台更强大的量子计算机，可以让图像更清晰。

“我们只是模拟了一个小虫洞，迈出了测试量子引力理论的第一步。随着量子计算机规模扩大，我们会开始使用更强大的量子系统，尝试测试大虫洞中的量子引力问题。”Spiropulu说。

但此次模拟虫洞表现出与真实虫洞的相似性，至少暗示科学家，使用量子计算机来制定和测试量子引力的想法是可行的。（徐锐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05424-3

好了，关于量子计算机首次成功模拟虫洞就讲到这。