人類首次用量子計(jì)算機(jī)模擬全息蟲洞
助力量子引力“調(diào)和”現(xiàn)代物理學(xué)領(lǐng)域最大矛盾
人類首次用量子計(jì)算機(jī)模擬全息蟲洞
科技日?qǐng)?bào)北京12月1日電 (記者張夢(mèng)然)量子物理與廣義相對(duì)論“相看兩厭”的局面,幾乎是被理論物理學(xué)界所公認(rèn),而量子引力卻在嘗試將這二者“調(diào)和”。英國(guó)《自然》雜志發(fā)表的一篇論文首次報(bào)道了利用一臺(tái)量子處理器對(duì)全息蟲洞進(jìn)行量子“模擬”。此次演示使用的是谷歌的“懸鈴木”(Sycamore)處理器,這一成果代表著人們距離在實(shí)驗(yàn)室研究量子引力的目標(biāo)又近了一步。
廣義相對(duì)論描述的是高能或高物質(zhì)密度的物理世界,比如天體物理對(duì)象;而量子力學(xué)描述的則是原子和亞原子水平上的物質(zhì)。量子引力則是一種假設(shè)的物理理論,描述的是與這兩類情況都相關(guān)的對(duì)象,譬如人們迄今仍無(wú)法窺其真貌的黑洞的內(nèi)部。
不過(guò),量子力學(xué)與廣義相對(duì)論在根本上是不相容的??梢哉f(shuō),當(dāng)前理論物理學(xué)最深?yuàn)W的問(wèn)題之一就是調(diào)和廣義相對(duì)論以及量子力學(xué)。因此對(duì)于量子引力的理論,目前科學(xué)界尚未達(dá)成共識(shí)。
全息原理被認(rèn)為是連接不同理論的一種方式,這一理論或許有潛力幫助調(diào)和量子力學(xué)和廣義相對(duì)論,它利用一個(gè)受限的物理系統(tǒng),將相對(duì)論解釋為量子物理學(xué)的擴(kuò)展。
根據(jù)全息原理,美國(guó)加州理工學(xué)院科學(xué)家瑪利亞·斯皮羅普路、霍特尼·卡爾文及他們的同事,此次設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng),用來(lái)模擬一個(gè)全息蟲洞。在這里,經(jīng)過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)的量子系統(tǒng)的性質(zhì),也符合引力系統(tǒng)所該有的性質(zhì)。
該量子模擬利用一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行,有一個(gè)9量子比特的電路。量子比特在這臺(tái)處理器上傳輸時(shí)的動(dòng)力學(xué)特征與量子比特穿過(guò)可穿越蟲洞時(shí)所該有的動(dòng)力學(xué)特征相同。
在同時(shí)發(fā)表的新聞與觀點(diǎn)文章中,斯坦福大學(xué)科學(xué)家亞當(dāng)·布朗表示,該實(shí)驗(yàn)首次演示了今后使用量子計(jì)算機(jī)測(cè)試量子引力理論的潛在可行性。
【總編輯圈點(diǎn)】
簡(jiǎn)單說(shuō),“廣義相對(duì)論先生”描述了引力且在恒星、行星、銀河上等大尺度上都適用;而“量子力學(xué)小姐”描述了其他3種作用在微觀尺度的基本力。這二者是否有“握手言歡”的可能?還要看量子引力的表現(xiàn)。物理學(xué)家們當(dāng)然想通過(guò)實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn),但很遺憾,量子引力的能量與尺度,此前的實(shí)驗(yàn)室條件是無(wú)法模擬和觀測(cè)的。或許很多年后回頭看,今天的這項(xiàng)成果是里程碑式的,它可能是未來(lái)同時(shí)解決大質(zhì)量能量與小尺度空間的開始,譬如黑洞行為,譬如宇宙起源。
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