美國研究人員首次利用量子計算機模擬出“全息蟲洞”。相關研究12月1日以封面文章形式發表於《自然》。

這裡的“全息”並非字面意義上的全息影象，而是一種簡化的涉及量子力學和引力的相關物理問題的方法。因此，類似的模擬可以幫助人們理解如何將上述兩個概念結合到量子引力理論中，後者可能是目前物理學中最棘手和最重要的問題。研究物質世界微觀粒子運動規律的量子力學，與描述宏觀物質間引力相互作用的廣義相對論，在各自領域都取得了非凡的成功。但這兩種基本理論並不相配，無法合二為一。這種矛盾在兩種理論都適用的領域體現得尤為明顯，比如黑洞內部和周圍區域。

這一區域非常複雜，而這就是“全息”的用武之地。它可以幫助物理學家建立一個與原始系統相當，但不太複雜的系統。這類似於用二維全息圖顯示三維影象的細節。

加州理工學院的Maria Spiropulu和同事使用谷歌的“懸鈴木”量子計算機，模擬了一個“全息蟲洞”——一個兩端都有黑洞的時空隧道。他們模擬了一種理論上可以讓資訊透過的蟲洞，並研究了資訊透過蟲洞的過程。

穿越真實蟲洞的過程，在很大程度上是由引力介導的，但“全息蟲洞”使用量子效應替代引力，以消除方程中的相對論，從而簡化系統。這意味著當資訊透過蟲洞時，實際上是在進行量子隱形傳態。透過這一過程，量子態的資訊可以在兩個遙遠但量子糾纏的粒子間傳輸。在這個模擬中，所謂的“資訊”是一個包含量子態的訊號——一個1和0疊加的量子位元。

“訊號變得混亂、稀碎，然後又重新組合，在蟲洞另一端變得完美無瑕。即使在這個微小的系統中，我們也可以支撐起蟲洞，並觀察到我們所期望看到的東西。”Spiropulu說，這是因為兩個黑洞間的量子糾纏，使落入蟲洞一端的資訊得以在另一端儲存。而這一過程正是量子計算機可以開展這類實驗的部分原因。

此次模擬只使用了9個量子位元，所以解析度很低，必須仔細調整才能顯示出蟲洞的特徵。如果使用一臺更強大的量子計算機，可以讓影象更清晰。

“我們只是模擬了一個小蟲洞，邁出了測試量子引力理論的第一步。隨著量子計算機規模擴大，我們會開始使用更強大的量子系統，嘗試測試大蟲洞中的量子引力問題。”Spiropulu說。

但此次模擬蟲洞表現出與真實蟲洞的相似性，至少暗示科學家，使用量子計算機來制定和測試量子引力的想法是可行的。 （

徐銳）