科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞

虫洞是科幻作品的主打,而且有可能存在于现实宇宙中。但它们会如何工作呢?物理学家现在用一个量子处理器来模拟一个可穿越的虫洞,在两个量子系统之间传送信息。在小说中,虫洞通常被描述为连接空间中两个遥远点的隧道,允许瞬间穿越宇宙。但是,虽然它们可能看起来只是一个方便的故事装置,但虫洞在现实中却出奇的合理。

科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞
科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞

爱因斯坦本人在他的广义相对论中提出了它们的存在,此后的几十年里,科学家们一直在研究我们可能在哪里以及如何找到它们。

但对它们的特性仍然知之甚少,几种相互矛盾的模型都有可能。这就产生了一个悖论–为了找出更多的知识,我们需要对真正的虫洞进行观测,但为了观测它们,我们又需要找出更多的东西,这样我们就知道要寻找什么。计算机模拟可以帮助打破这一怪圈,让物理学家测试不同的虫洞模型,以观察它们可能会有什么表现。

在新的研究中,科学家首次实现了这一点。不过这种模拟不能在普通的计算机上运行–它需要量子计算机的力量,量子计算机可以进入量子物理学的奇特领域,进行传统计算机无法企及的计算。

该团队正在研究虫洞和量子物理学之间的有趣关联–虫洞在眨眼间将东西送过宇宙的想法听起来很像量子传送,在那里,信息可以在两个纠缠的粒子之间立即发送,无论它们相距多远。

科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞
科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞

来自加州理工学院、哈佛大学、费米实验室和Google的科学家利用Google的Sycamore量子处理器首次模拟了虫洞。关键是一个被称为SYK的既定模型,它可以模拟量子引力效应–在这种情况下,研究小组将两个简化的SYK系统纠缠在一起,然后将一个量子比特(qubit)的信息发送到其中一个。

果然,该信息从第二个系统中出现了。这不仅证明了量子传送,而且由于这两个SYK模型也模拟了量子引力,它是对现实世界中可穿越的虫洞如何工作的现实模拟。

科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞
科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞

长期以来,人们一直预测,为了使虫洞保持足够长的开放时间,以便有东西通过,它需要受到负能量爆炸的冲击。在模拟中,研究小组测试了这一想法,并发现只有当他们用模拟的负能量脉冲击中它时,虫洞的特征才会起作用–但不是正能量。该团队说,这验证了该模型所代表的不仅仅是一个标准的量子传送事件。

当然,这与实际的时空隧道相去甚远,但该团队表示,如果现实世界的虫洞存在的话,这个模型可以帮助物理学家探测其特性。这可能会促进我们对它们的理解,以至于我们最终会研究出如何在宇宙中寻找它们。

科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞
科学家首次在量子计算机中重现可穿越的虫洞

这项研究的主要研究人员玛丽亚-斯皮罗普鲁说:”我们发现了一个量子系统,它表现出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。这项工作构成了向使用量子计算机测试量子引力物理学的更大计划迈出的一步。它并不像其他计划中的实验那样替代对量子引力的直接探测,这些实验可能在未来使用量子传感来探测量子引力效应,但它确实提供了一个强大的测试平台来锻炼量子引力的想法。”

该研究发表在《自然》杂志上。

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