模擬的全息蟲洞。加州理工學(xué)院 圖

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。可以說(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?；蛟S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(kāi)始，譬如黑洞行為，譬如宇宙起源。

（原標(biāo)題《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》）