谷歌科学家使用量子计算机研究虫洞

新浪科技，北京时间12月4日，谷歌研究人员正在研究如何在实验室里探索一些只存在于理论中的奇怪的物理现象，比如连接两个黑洞的虫洞。

今天，推动理论物理发展的核心问题之一是，如何用同样的理论解释微粒子(如引力)和量子力学(如原子)所遵循的规则。由于引力是一种极弱的力，所以用今天的技术几乎不可能在最小范围内探测到重力。但理论工作暗示，量子引力可能出现在特定的量子系统中，甚至有一天可以在实验室制造。谷歌(Google)物理学家提出了一项实验，假设物理实验室中的重新工程量子状态可以解释为穿越两个黑洞之间的虫洞的信息。

作者在预印网站arxiv上发表的一篇论文中写道：因此，对这种情况的实验研究为更深入地理解量子引力提供了一条途径。

在过去十年里，物理学中最重要的进步之一是控制和操纵量子态的机器的发展，我们称之为量子计算机和量子模拟器。最小的物体，比如围绕原子移动的电子，只能有特定的属性值，但当你不看它们时，它们可以同时具有不同的属性值(当你再次测量时，它们会回到只有一个属性值的状态)。两个或更多的粒子也可能被纠缠在一起，这意味着它们和它们的属性必须被描述为一个单一的数学对象，即使你在空间中将原子分开。

谷歌的研究人员已经提出使用两组连接的量子位(量子计算机的人工原子)来创建一个循环，并将其分为左组和右组。输入能量的脉冲在数学上等价于允许量子比特的状态随时间向后演化，而另一个脉冲以特定的方式改变左边原子的量子态，从而编码信息。因此，另一个脉冲起到加速量子比特行为的作用。对于黑洞类比来说，这种设置是至关重要的，因为在数学中，量子位元之间的信息混淆类似于其属性信息被破坏并可能在进入黑洞时丢失的粒子。一旦信息被破坏，左边的每个量子比特就会与右边的镜像量子比特纠缠在一起。最后，经过一段时间后，信息神秘地出现在量子位元的右侧，没有任何解码。

作者在论文中写道：这种信息传递到系统另一端的方式一点也不明显，最令人惊讶的事实是，黑洞的物理学中存在最简单的解释。研究人员认为，从本质上讲，系统中量子群之间的信息传递，就像一条信息进入黑洞，穿过虫洞，然后出现在第二个黑洞中。然后，研究人员引入了一个数学框架，来说明整个过程，以及如何将其与不会崩溃的遍历虫洞进行比较。

根据本文的描述，物理学家很可能会在实验室实现这个系统。其中一个可能的设备是原子电子阵列，它要么处于最低能量状态，要么处于由激光脉冲控制的雷德伯格高能状态。另一种设备由捕获的电荷离子阵列组成。或许有一天，这些设备中的一种将能够实现谷歌提出的实验。

简单地说，科学家认为他们可以通过量子计算机从数学上模拟两个黑洞之间信息的传递。显然，虫洞在地球上是不可能的，所以这只是一个模型，就像其他模拟系统一样，仅仅因为实验的数学描述看起来像是一个描述空间的理论。当然，这并不意味着这个理论一定是正确的。这些模型只是为了提供更有力的数学证据，证明一个理论可能是正确的。

这项工作的基础是量子信息随时间推移而产生的混乱，以及这些干扰与黑洞之间的联系。尽管如此，它还是让物理学家感到兴奋。不久前，数十名物理学家在谷歌x会议上讨论了量子引力研究人员如何使用量子技术。当我听说这个实验时，它真的很令人兴奋，纪尧姆·福丹(Guillaume Fordan)说。量子引力的研究让我进入了量子计算的梦想。

参与这项研究的马里兰大学物理学教授(Chritophermonroe)说，论文中描述的量子计算机即将问世，可以创造出模拟虫洞的热双量子比特。他自己的团队正在研发捕捉离子的量子计算机，他希望能尽快打造一个平台，创造测试这些想法所需的量子态。像这样的论文激励我们，推动我们在大学、公司和政府实验室建立这些模型，他说(任何一天)。