量子计算机中的虫洞

前段时间，有一个物理新闻轰动全网：物理学家在量子计算机中创造了一个虫洞，这是怎么回事呢？

目前，物理学有两大支柱来描述所有可观察到的现象。一个是普朗克、薛定谔、玻尔等人开创的量子力学，另一个是由爱因斯坦独自一人开创的广义相对论。这两种理论在它们的两个领域都非常有效，它们做出可以验证的预测，并且几乎通过了我们对他们提出的所有测试。

但是，100 多年后，这两种理论仍然存在一个根本性的问题，那就是它们之间缺乏兼容性。当我们试图将广义相对论纳入量子力学模型时，我们得到了无穷大。物理学的圣杯是将这两个领域统一到类似于量子引力理论的东西中，但我们目前还没有做到。爱因斯坦本人也一直在追求着这个圣杯，直到他生命的最后几天，他都还在研究统一的想法。

事实上，他与他的合作者内森・罗森一起，试图创建这种统一的量子引力理论，并发表了现在称为“ER”的论文。他们一起开发了一种称为爱因斯坦-罗森桥 (ER) 的特定类型虫洞的概念：由于理论奇点出现在时空中心而在时空结构中产生一种洞的东西，如果在空间的其他地方也有同样的结构，它们就可以连接起来，这样就不再有奇点了，而是一个连接两个时空的管子，这就是虫洞。

现在碰巧的是，就在发表这篇论文之前，爱因斯坦、罗森和另一位名叫鲍里斯・波多尔斯基的合作者发表了所谓的 EPR 论文。他们在论文中认为量子力学是不完整的，因为存在一种叫做量子纠缠的东西。在这种现象中，一对粒子可以以它们的量子态相互关联的方式产生，因此测量一个粒子的自旋的行为会立即确定其纠缠对的自旋，无论它们相距多远。而 EPR 论文认为这是不可能的，因为它需要比光速更快的信息传输，从而打破因果关系。

现在有趣的地方来了，如果 ER 论文中的虫洞和 EPR 论文中的纠缠现象在理论上是相关的呢？如果两个相距很远的纠缠粒子通过虫洞紧密相连，信息可以通过虫洞立即在时空中传输，那会怎样呢？1997 年，物理学家胡安・马尔达西那表明，包含两组纠缠粒子的系统在数学上等同于通过虫洞连接的两个黑洞。2013 年，胡安・马尔达西那与物理学家莱昂纳特・萨斯坎德一起提出了 ER= EPR 猜想。

基本上，他们认为 ER 论文描述的虫洞物理学等同于 EPR 论文描述的纠缠物理学。换句话说，猜想是纠缠粒子通过虫洞连接起来。因此，通过创建纠缠粒子的配置，我们也创建了类似于虫洞的东西。这是那篇声称使用量子计算机在实验室中创建虫洞的论文的基础。这并不意味着论文作者在时空中创造了一个物理虫洞，而是使用量子计算机在时空中操纵了量子纠缠粒子，模拟了虫洞的行为。

那么现在，让我们看看这个实验是如何完成的？根据广义相对论，当任何具有质量或能量的物体被引入虫洞时，它的引力效应会立即将其关闭。为了保持虫洞开放和可穿越，需要某种形式的负能量或负质量，来提供一种抵抗虫洞坍缩的力，以保持虫洞开放。

负能量或质量在经典力学中是不可能的，但在我们的量子系统中情况并非如此。通过操纵电场改变量子位的自旋方向，可以在系统中模拟负能量。因此，传播的电场可以使纠缠粒子之间的量子虫洞保持打开状态，模拟空间中保持真实虫洞打开所需的负质量效应 。

所以，科研团队所需要的只是一种可以设置和操纵纠缠粒子的方法，这就是量子计算机的用武之地。研究人员在量子系统的两侧之间创建了一种纠缠态，模拟了一个由粒子组成的虫洞。一组粒子充当虫洞的入口，另一组粒子充当虫洞的出口。然后让信息从虫洞入口进入，测量到信息从出口而出，这表明模拟了可穿越虫洞的物理学。

那么，这是否意味着我们有朝一日可以穿越时空中真正的虫洞，从一个地方到另一个地方？请记住，这是虫洞的量子力学模拟，而不是时空中的真实虫洞。它们只是在数学上是等价的，今天真正的虫洞仍然是一个幻想。

本文来自微信公众号：万象经验 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang

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