科学家首次在量子计算机上实现虫洞实验，登上Nature封面
科学家首次在量子计算机上实现虫洞实验，登上Nature封面
科学家们首次在量子计算机上实现了虫洞实验，这一突破性成果登上了《Nature》杂志封面。这项研究不仅展示了量子计算在探索基础物理学方面的潜力，更为理解时空本质提供了新的视角。
虫洞实验的背景与意义
虫洞的概念最早由奥地利物理学家Ludwig Flamm于1916年提出，随后在1930年代由爱因斯坦及纳森·罗森进一步发展，他们假设黑洞与白洞通过虫洞连接，因此虫洞也被称作“爱因斯坦—罗森桥”。虫洞被认为是宇宙中可能存在的“捷径”，物体通过这条捷径可以在瞬间进行时空转移。然而，科学家们一直无法证实虫洞的客观存在。
现在，加州理工学院物理学教授Maria Spiropulu领导的研究团队首次在量子计算机上实现了虫洞实验，这一突破性成果登上了《Nature》杂志封面。
实验过程与技术细节
这项实验的核心是利用量子计算机实现虫洞信息传输。研究团队使用谷歌的量子计算机Sycamore，通过操纵量子比特（qubit），成功通过虫洞发送了信息。虫洞被设计成一个全息图，由存储在微型超导电路中的量子比特信息组成。
加州理工学院物理学家 Maria Spiropulu 。图源：量子杂志。
全息原理是这一实验的基础理论。全息原理认为，广义相对论描述的弯曲时空连续体实际上是一个伪装的粒子量子系统。时空和引力从量子效应中产生，就像3D全息图从2D模式中投射出来一样。
Spiropulu等人的实验进一步证实了这一理论：通过量子计算机控制量子效应，可以产生预期在相对论中看到的现象——虫洞。哈佛大学的共同作者Daniel Jafferis认为，这一成果可以被认为是“真实时空的filament”传送协议，但不是我们和Sycamore计算机所在的同一现实世界的一部分。全息原理表明，这两种现实——有虫洞的现实和有量子比特的现实——是同一物理学的不同版本，但如何概念化这种二元性仍然是个谜。
实验的技术创新
实验的关键创新在于使用了机器学习方法来设计量子系统。研究者之一Alex Zlokapa采用深度学习的思路，通过反向传播和稀疏化技术，设计了一个保留引力物理学关键方面的小型量子系统。他们通过训练数据集比较了粒子穿越用负能量撑开的虫洞和用正能量塌缩的虫洞的动态，确保学到的系统保留这种不对称性，从而得到一个与虫洞动力学一致的稀疏模型。
Alex Zlokapa 是麻省理工学院的一名研究生，他在本科时就加入了虫洞项目。在研究中，他找到了一种方法来简化虫洞协议，使其足以在谷歌的量子计算机上运行。图源：量子杂志。
实验中，研究者测量了当应用负能量和正能量冲击波时，有多少量子信息从系统的一侧传递到另一侧。他们观察到两种能量之间有轻微的不对称性，显示出可穿越虫洞的关键特征。由于该协议对噪声的敏感性，Sycamore处理器的低错误率对测量信号至关重要；即使有1.5倍的噪声，信号也会被完全掩盖。
未来展望
这一实验展示了量子计算在探索复杂物理理论方面的独特能力。随着量子设备的不断改进，更低的错误率和更大的芯片将允许研究者们对引力现象进行更深入的探测。量子计算机提供了一个探索量子引力理论的工具，未来将有助于发展对未来量子引力理论的理解，超越目前的模型。
这一突破性成果不仅在科学界引起广泛关注，也引发了公众对量子计算和基础物理学的浓厚兴趣。正如Jafferis所说：“我认为宇宙中的引力确实是从一些量子比特中产生的，就像这个一维虫洞是从Sycamore芯片中产生的一样。但我们还不能完全确定，我们仍在努力探索。”
本文原文来自Nature，由机器之心编译报道。