模擬的全息蟲洞。加州理工學院 圖

量子物理與廣義相對論“相看兩厭”的局面，幾乎是被理論物理學界所公認，而量子引力卻在嘗試將這二者“調和”。英國《自然》雜志發表的一篇論文首次報道了利用一臺量子處理器對全息蟲洞進行量子“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驗室研究量子引力的目標又近了一步。

廣義相對論描述的是高能或高物質密度的物理世界，比如天體物理對象；而量子力學描述的則是原子和亞原子水平上的物質。量子引力則是一種假設的物理理論，描述的是與這兩類情況都相關的對象，譬如人們迄今仍無法窺其真貌的黑洞的內部。

不過，量子力學與廣義相對論在根本上是不相容的。可以說，當前理論物理學最深奧的問題之一就是調和廣義相對論以及量子力學。因此對于量子引力的理論，目前科學界尚未達成共識。

全息原理被認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和量子力學和廣義相對論，它利用一個受限的物理系統，將相對論解釋為量子物理學的擴展。

根據全息原理，美國加州理工學院科學家瑪利亞·斯皮羅普路、霍特尼·卡爾文及他們的同事，此次設計了一個簡單系統，用來模擬一個全息蟲洞。在這里，經過適當設計的量子系統的性質，也符合引力系統所該有的性質。

該量子模擬利用一臺量子計算機進行，有一個9量子比特的電路。量子比特在這臺處理器上傳輸時的動力學特征與量子比特穿過可穿越蟲洞時所該有的動力學特征相同。

在同時發表的新聞與觀點文章中，斯坦福大學科學家亞當·布朗表示，該實驗首次演示了今后使用量子計算機測試量子引力理論的潛在可行性。

【總編輯圈點】

簡單說，“廣義相對論先生”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。物理學家們當然想通過實驗去檢驗，但很遺憾，量子引力的能量與尺度，此前的實驗室條件是無法模擬和觀測的。或許很多年后回頭看，今天的這項成果是里程碑式的，它可能是未來同時解決大質量能量與小尺度空間的開始，譬如黑洞行為，譬如宇宙起源。

（原標題《助力量子引力“調和”現代物理學領域最大矛盾 人類首次用量子計算機模擬全息蟲洞》）