近年来,随着《时代》
以“时光穿越”为主题的电视剧层出不穷。无论是《寻秦记》、《赘婿》从现代社会到古代社会,还是《重回十七岁》、《你好,李焕英》回归主人公的青春,都吸引着人们向往有一天能够完成自己的时空。
在这些电视剧中,大概《星际穿越》好像介绍最多的是如何穿越和穿越的原理。电影主人公通过科学家构建的高维“虫洞”实现了穿越,甚至可以与另一个时空的自己进行交流。那么到底什么是“虫洞”呢?
虫洞,又称爱因斯坦-罗森桥,是一种理论上的时空桥,连接宇宙中两个遥远的区域。1935年,爱因斯坦和他的研究助手罗森,在试图将广义相对论推广到更高的统一理论时,意外地从理论上预言了“虫洞”的存在。然而,以前从未在实验中真正看到或观察到它们。
为了探索“虫洞”的动力学特性,美国能源部科学办公室量子通信基础物理首席研究员、加州理工学院教授MariaSpiroplu()领导的研究团队与美国谷歌公司合作。
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在项目的支持下,首次在谷歌旗下著名量子计算机Sycamore上实现了“虫洞”实验,并由量子计算机构建了一个“虫洞”通道,传输不同位置的量子纠缠态。
这个实验证明了量子物理和广义相对论的关系,也显示了量子计算机在复杂物理理论研究中的优越性。相关结果发表在《量子计算机上实现可穿越虫洞行为》()
《自然》杂志,并在封面做了重点报道。
根据作者的介绍,这一成果的实现是建立在大量的前人理论研究的基础上的。阿列克谢·基塔耶夫()在2015年提出了一个简单的费米子量子动力学系统,命名为
SYK萨克德夫-耶-基塔耶夫(SYK)模型
该模型表明量子动力学行为可以表示为一种全息量子引力效应,并建议在量子计算机上完成量子引力实验。
2019年的一项研究表明,利用量子纠缠原理构造了两个syk。
模型,人们应该能够传输量子信息的“虫洞”,并产生和测量期望的可以在空间中穿越的虫洞的动态特性。在广义相对论中,如果正负能量波动平衡,就没有东西能穿过虫洞。但如果出现负能量冲击波,则希望打开虫洞,从而实现穿透。
在上述理论的基础上,联合研究团队利用了谷歌悬铃木量子计算机的九个量子比特,量子比特被可视化为波函数。建造一个类似SYK的
一个量子比特信息被插入到系统中,同时,它可以从另一个相似的SYK在同一个量子处理器上被观察到。
系统中出现类似信息,表明量子比特信息穿越了量子纠缠构建的“虫洞”。
虽然本研究中构建的“虫洞”是二维条件,但这一过程的动力学被认为与二维反de的动力学相同
Sitter,AdS)量子系统“虫洞”在时空中的预期行为是一致的。
在Sycamore量子计算机上,在施加负能量冲击波和正能量冲击波的情况下,可以测量出不同的SYK。
系统中量子信息传输量的差异。当使用负能量冲击波时,传输更多的量子信息。
换句话说,量子纠缠信息在量子计算机传输中的动力学特性和虫洞中的量子纠缠信息是一样的。由于该协议对噪声的敏感性,所使用的量子处理器的高保真度非常重要。
与以往的研究工作不同,量子计算机用于高量子位的高速计算能力,如基于量子计算的分子结构预测。但这项研究是直接利用量子计算机中的量子行为来实现量子传输的“虫洞”的实验。通过量子计算机搭建一个高度纠缠的系统,直接测量物理系统的观测数据。
然而在传统的计算机上,人们只能通过大量的计算来“模拟”这个系统,而不能真正创造这个实验系统。这是决定