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新实验:物理学家用量子电脑模拟虫洞

2019年11月28日7:18 环球解密

    一份新研究设计出一个用量子计算机模拟虫洞的实验,展示信息从一个黑洞进入,经过虫洞,神秘地出现在另一端黑洞之外的效果,也是将引力学和量子学统一起来的一个范例。

    引力学和量子力学这两个重要的理论似乎很难一致起来,是当代理论物理学遇到的一个很大的瓶颈,但是科学家已经看到某些情况一定是这两种理论并存作用的结果,如黑洞的表面和内部,以及宇宙大爆炸的时刻。

    弦理论就是将两种理论联系起来的尝试之一。由于弦理论存在于比粒子加速器能探测到的更微观的层面上,因此难以对其验证。不过二十年前,在弦理论基础上发展出现了AdS/CFT对偶(AdS/CFT correspondence)假想,把高维空间的引力看作是由量子粒子平面投射形成的全息影像。

    随着近十年来量子计算机取得重要的发展,科学家想到,也许可以用量子计算机模拟探索某些弦理论相关的现象。这份研究提出一个实验构想,展示这其中发生的现象完全和虫洞一样,认为这是一个终于能把引力学和量子力学联系起来的一个简单的模拟。

    这份研究的实验方案:“用两组量子比特组成一个回路,左边一组和右边一组。利用输入的能量脉冲进行相当于让量子比特状态倒退的数学运算;另一个脉冲以特定方式改变左边组量子比特的状态,相当于对‘信息’加密;再用一个脉冲扮演加快量子比特行为的角色。这就像一个黑洞的模拟系统,重点在于,对信息的加密类似于掉进黑洞的信息可能会消失一样。信息被加密后,左边组的每个量子比特与右边组内其镜像量子比特形成纠缠。一段时间之后,信息应该是无需解密、却神秘地重新出现在右边组的量子比特间。”

    “信息如何就能抵达另一边的系统,这并不显而易见,最令人震惊的事实是,用黑洞的物理原理就能作出简单的解释。”这份研究写道。

    也就是说,研究认为,信息在两个量子比特组之间传输的过程,类似信息进入一个黑洞,经过一个虫洞,从另一个黑洞出来的过程。

    研究顾问、马里兰大学的物理学家孟路(Christopher Monroe)说,能造出这个虫洞模拟系统的量子计算机很快就要实现了。“这样的研究激励着我们,促进大学、公司、政府各机构造出这些东西。”

    这份研究由由谷歌(Google)、加州理工学院(CalTech)、马里兰大学(University of Maryland)和阿姆斯特丹大学(University of Amsterdam)的研究者们共同完成,发表在论文预印网arXiv上。

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