助力量子引力“調和”現代物理學(xué)領(lǐng)域最大矛盾

　　人類(lèi)首次用量子計算機模擬全息蟲(chóng)洞

　　科技日報北京12月1日電 (記者張夢(mèng)然)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(xué)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(fā)表的一篇論文首次報道了利用一臺量子處理器對全息蟲(chóng)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(zhù)人們距離在實(shí)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(zhì)密度的物理世界，比如天體物理對象；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的物理理論，描述的是與這兩類(lèi)情況都相關(guān)的對象，譬如人們迄今仍無(wú)法窺其真貌的黑洞的內部。

　　不過(guò)，量子力學(xué)與廣義相對論在根本上是不相容的。可以說(shuō)，當前理論物理學(xué)最深奧的問(wèn)題之一就是調和廣義相對論以及量子力學(xué)。因此對于量子引力的理論，目前科學(xué)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(xué)和廣義相對論，它利用一個(gè)受限的物理系統，將相對論解釋為量子物理學(xué)的擴展。

　　根據全息原理，美國加州理工學(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，此次設計了一個(gè)簡(jiǎn)單系統，用來(lái)模擬一個(gè)全息蟲(chóng)洞。在這里，經(jīng)過(guò)適當設計的量子系統的性質(zhì)，也符合引力系統所該有的性質(zhì)。

　　該量子模擬利用一臺量子計算機進(jìn)行，有一個(gè)9量子比特的電路。量子比特在這臺處理器上傳輸時(shí)的動(dòng)力學(xué)特征與量子比特穿過(guò)可穿越蟲(chóng)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(guān)點(diǎn)文章中，斯坦福大學(xué)科學(xué)家亞當·布朗表示，該實(shí)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(diǎn)】

　　簡(jiǎn)單說(shuō)，“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(xué)小姐”描述了其他3種作用在微觀(guān)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(xué)家們當然想通過(guò)實(shí)驗去檢驗，但很遺憾，量子引力的能量與尺度，此前的實(shí)驗室條件是無(wú)法模擬和觀(guān)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(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。