<p>麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院、哈佛大學(xué)和其他地方的研究人員第一次通過量子系統(tǒng)發(fā)送量子信息，可以理解為穿越蟲洞。盡管這個(gè)實(shí)驗(yàn)并沒有像我們在科幻小說中理解的&ldquo;蟲洞&rdquo;那樣造成物理時(shí)空的破壞，但實(shí)驗(yàn)的計(jì)算表明，量子比特在引力模型中從一個(gè)糾纏粒子系統(tǒng)移動(dòng)到另一個(gè)糾纏粒子系統(tǒng)。這個(gè)在谷歌的Sycamore量子處理器設(shè)備上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)打開了未來用量子計(jì)算機(jī)探索弦理論和引力物理學(xué)思想的實(shí)驗(yàn)之門。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;模擬強(qiáng)相互作用的量子系統(tǒng)，比如那些在量子引力中產(chǎn)生的量子系統(tǒng)，是量子計(jì)算機(jī)最令人興奮的應(yīng)用之一，&rdquo;丹尼爾&middot;哈洛說，他是杰羅爾德&middot;r&middot;扎卡里亞斯職業(yè)發(fā)展物理學(xué)副教授，也是麻省理工學(xué)院核科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LNS)的研究員，他與該研究的主要作者之一大衛(wèi)&middot;科爾chemeyer合作。&ldquo;這是有希望的第一步。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在《自然》雜志的一篇新論文中，包括麻省理工學(xué)院理論物理中心(CTP)和LNS研究人員Kolchmeyer和Alexander Zlokapa在內(nèi)的一組物理學(xué)家展示了一對量子系統(tǒng)的結(jié)果，它們的行為類似于一個(gè)可穿越的蟲洞。</p> <p>&nbsp;</p> <p>蟲洞是連接兩個(gè)遙遠(yuǎn)時(shí)空區(qū)域的橋梁。在經(jīng)典廣義相對論中，任何東西都不允許通過蟲洞。2019年，哈佛大學(xué)的丹尼爾&middot;杰弗里斯和他的合作者提出，當(dāng)糾纏的黑洞產(chǎn)生蟲洞時(shí)，蟲洞是可以穿越的?？茽柶孢~耶是一名博士后，與CTP和LNS的研究人員哈洛和助理教授內(nèi)塔&middot;恩格爾哈特一起工作，他的博士學(xué)位是杰弗里斯的指導(dǎo)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這些物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種量子機(jī)制，通過引入遙遠(yuǎn)時(shí)空區(qū)域之間的直接相互作用，利用費(fèi)米子的簡單量子動(dòng)力系統(tǒng)，使蟲洞可穿越，&rdquo;Kolchmeyer說。&ldquo;在我們的工作中，我們還使用這些糾纏量子系統(tǒng)使用量子計(jì)算產(chǎn)生這種&lsquo;蟲洞隱形傳態(tài)&rsquo;，并能夠用經(jīng)典計(jì)算機(jī)確認(rèn)結(jié)果。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州理工學(xué)院的Maria Spiropulu教授和Jafferis是這項(xiàng)新研究的資深作者，該研究發(fā)表在12月1日的《自然》雜志上。主要作者包括麻省理工學(xué)院的Kolchmeyer和Zlokapa，以及費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室量子研究所和理論物理系的Joseph D. Lykken，以及谷歌量子AI的Hartmut Neven。該論文的其他加州理工學(xué)院和量子技術(shù)聯(lián)盟(AQT)的研究人員包括薩曼莎&middot;i&middot;戴維斯和尼古拉&middot;勞克。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>幽靈般的動(dòng)作在遠(yuǎn)處</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過Sycamore 53量子比特量子處理器將一個(gè)量子態(tài)從一個(gè)量子系統(tǒng)傳送到另一個(gè)量子系統(tǒng)，從而&ldquo;通過蟲洞&rdquo;發(fā)送了一個(gè)信號(hào)。為了做到這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)需要確定具有量子引力預(yù)測的特性的糾纏量子系統(tǒng)，但這些糾纏量子系統(tǒng)也足夠小，可以在今天的量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這項(xiàng)工作的核心挑戰(zhàn)是找到一個(gè)足夠簡單的多體量子系統(tǒng)，同時(shí)保持引力特性，&rdquo;Zlokapa說，他是麻省理工學(xué)院物理系的二年級(jí)研究生，在斯皮羅普魯?shù)膶?shí)驗(yàn)室里開始了這項(xiàng)研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)使用了來自機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)，采用高度交互的量子系統(tǒng)，并逐漸減少它們的連通性。這個(gè)學(xué)習(xí)過程的輸出產(chǎn)生了許多行為與量子引力一致的系統(tǒng)示例，但每個(gè)實(shí)例只需要大約10個(gè)量子位&mdash;&mdash;這對于Sycamore處理器來說是一個(gè)完美的大小。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Zlokapa說:&ldquo;復(fù)雜的量子電路將使擁有數(shù)百個(gè)量子比特的大型系統(tǒng)不可能在今天可用的量子平臺(tái)上運(yùn)行，所以找到這樣的小例子很重要。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>經(jīng)典計(jì)算機(jī)驗(yàn)證</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>一旦Zlokapa和研究人員確定了這些10量子比特系統(tǒng)，他們就在其中一個(gè)系統(tǒng)中插入一個(gè)量子比特，在處理器上施加一個(gè)能量沖擊波，然后在處理器上的另一個(gè)量子系統(tǒng)上觀察相同的信息。該團(tuán)隊(duì)測量了從一個(gè)量子系統(tǒng)傳遞到另一個(gè)量子系統(tǒng)的量子信息的數(shù)量，這取決于施加的沖擊波的類型，是負(fù)的還是正的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們證明，如果蟲洞被負(fù)能量沖擊波撐開足夠長的時(shí)間，兩個(gè)量子系統(tǒng)之間就會(huì)建立起因果路徑。插入到一個(gè)系統(tǒng)中的量子位實(shí)際上與出現(xiàn)在另一個(gè)系統(tǒng)中的量子位是相同的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然后，研究小組用經(jīng)典的計(jì)算機(jī)計(jì)算驗(yàn)證了這些和其他性質(zhì)。&ldquo;這與在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上運(yùn)行模擬不同，&rdquo;Spiropulu說。&ldquo;盡管人們可以在經(jīng)典的計(jì)算機(jī)上模擬這個(gè)系統(tǒng)&mdash;&mdash;正如本文所報(bào)道的那樣&mdash;&mdash;但在傳統(tǒng)的模擬中，也就是對經(jīng)典比特、0和1的操作，并沒有創(chuàng)建物理系統(tǒng)。在這里，我們看到信息通過蟲洞傳播。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)新工作為未來用更大的量子計(jì)算機(jī)和更復(fù)雜的糾纏系統(tǒng)進(jìn)行量子引力實(shí)驗(yàn)開辟了可能性。Spiropulu補(bǔ)充說，這項(xiàng)工作并不能取代對量子引力的直接觀測，例如使用激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)對引力波的探測。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Zlokapa和Kolchmeyer都熱衷于了解這樣的實(shí)驗(yàn)如何有助于推進(jìn)量子引力。&ldquo;我非常好奇，想知道在今天的量子計(jì)算機(jī)上，我們能在多大程度上探索量子引力。我們對后續(xù)工作有一些具體的想法，這讓我非常興奮。&rdquo;Zlokapa說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)工作得到了美國能源部高能物理辦公室QuantISED項(xiàng)目&ldquo;基礎(chǔ)物理的量子通信通道&rdquo;資助。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>