这是最近最重要的实验之一科学家打造婴儿虫洞,大致讲了整个实验过程~
美国能源部的科学家们首次开发了一种量子实验,可以研究特定的理论——虫洞的动力学或行为。该实验可以帮助科学家探索理论虫洞与量子物理学之间的联系,即对量子引力的预测。量子引力是指一组试图将引力与量子物理学联系起来的理论,这两种基本且经过充分研究的自然描述似乎在本质上是互不相容的。请注意,该实验并未产生实际的虫洞,虫洞是时空断裂,也称为爱因斯坦罗森桥系统。
“我们发现了一个量子系统,它展示了引力虫洞的关键特性,但又足够小,可以在当今的量子硬件上实现。” 美国能源部科学研究计划办公室首席研究员,量子通信信道基础物理学说。“这项工作是朝着使用量子计算机测试量子引力物理学的更大计划迈出的第一步。它不会像未来将使用量子物理学的其他计划实验那样取代直接检测量子引力。传感探测量子引力效应,但它确实提供了一个强大的试验台来实践量子引力的思想。”
虫洞是两个遥远时空区域之间的桥梁。它们并没有被实际观察到,但科学家们已经从理论上研究了它们的存在和性质近一百年。1935 年,阿尔伯特·爱因斯坦和内森·罗森根据爱因斯坦的广义相对论将虫洞描述为穿过时空结构的隧道,该理论将引力描述为时空的曲率。研究人员将虫洞称为爱因斯坦-罗森桥,两位物理学家引用了虫洞,虫洞本身是由物理学家约翰·惠勒在 1950 年代创造的。
循序渐进的论证过程
2013年,胡安和何在理论研究中首次提出虫洞与量子物理,尤其是量子纠缠之间可能存在联系的概念。物理学家推测虫洞(“ER”)等同于纠缠。从本质上讲,这项工作在引力世界和量子物理学之间建立了新的理论联系。“这是一个非常大胆和富有诗意的想法,”这位科学家解释道。
后来,在 2017 年,科学家们将 ER=EPR 的概念扩展到不仅包括虫洞,还包括可穿越的虫洞。科学家们模拟了一种情况,在这种情况下,负排斥可以使虫洞保持足够长的时间,以便某些东西可以从一端传递到另一端。科学家们证明,这种对可穿越虫洞的引力描述等同于一种称为量子隐形传态的过程,这是一种通过光纤和空气在长距离上进行实验证明的协议,其中,信息可以利用量子纠缠原理在太空中传输。
目前的工作探索虫洞与量子隐形传态的等价性,而在 2015 年,美国一所大学的科学家进行了首次实验,探索从空间中的一个点到另一个点的信息传输可以用引力语言(虫洞)或量子物理学的语言(量子纠缠)。2015年,科学家发现一个简单的量子系统可以表现出同样的对偶性,从而使该模型的量子动力学堪比量子引力效应。正是因为一系列的研究,科学家们提出了一些理论上的虫洞思想,可以通过在量子处理器上进行实验来更深入地研究。
2019 年,科学家们将这些想法更进一步,他们发现通过两个 SYK 模型的纠缠,现代科学家能够进行虫洞隐形传态,从而生成和测量可穿越虫洞的动力学特性。在这项新研究中,物理学家团队首次进行了此类实验。他们使用“婴儿”类 SYK 模型来保存引力特性,并在谷歌的量子设备量子处理器上观察虫洞动力学。为实现这一目标,该团队必须首先将 SYK 模型简化为一种简单的形式,这是他们在传统计算机上使用机器学习工具实现的壮举。
“使用学习技术,我们已经找到并准备了一个简单的类 SYK 量子系统,它可以在当前的量子架构中进行编码,并且可以保持引力特性。换句话说,我们简化了 SYK 量子系统的微观描述,并研究了最终的我们在量子处理器上发现的有效模型。我们计划进行更多测试以更好地理解模型本身。”
在实验中,科学家们将一个量子位(相当于传统硅基计算机中的一个位)插入他们的一个类 SYK 系统中,并观察来自另一个系统的信息。信息通过量子隐形传态从一个量子系统传递到另一个量子系统,或者用引力的补充语言来说,量子信息通过可穿越的虫洞传播。“我们进行了一种量子隐形传态,为此我们必须将量子系统缩小到保持其引力特性的最小例子科学家打造婴儿虫洞,这样我们就可以在谷歌的量子处理器上实现它。”
“现在,这类实验的重点是引力透镜提供了一种理解另一种神秘的多粒子量子现象的简单方法。我认为谷歌这项新实验的有趣之处在于,通过机器学习,我们能够使系统足够简单,可以在现有的量子机器上进行模拟,同时保留引力图预测的合理效果。”
在这项研究中,物理学家报告了虫洞在引力和量子物理学方面的预期行为。例如,虽然量子信息可以通过多种方式在设备之间传输或传送,但实验过程至少在某些方面类似于信息通过虫洞传播时可能发生的情况。为此,该团队试图使用负排斥能量脉冲或相反的正能量脉冲来“打开”虫洞。他们仅在施加等量的负能量时观察到可穿越虫洞的关键特征,这与虫洞的预期行为一致。“我们使用的量子处理器的高保真度很关键,如果错误率高出 50%,信号将被完全掩盖。如果错误率为 25%,
未来,科学家们希望将这项工作扩展到更复杂的量子电路。尽管真正的量子计算机的实现可能还需要几年的时间,但该团队计划继续在现有的量子计算平台上进行这种性质的实验。“量子纠缠、时空和量子引力之间的关系是基础物理学中最重要的问题之一,也是理论研究的活跃领域。我们很高兴能迈出这一步,在量子硬件上测试这些想法,并将继续往下走。”