总编辑圈点丨人类首次用量子计算机模拟全息虫洞 助力量子引力“调和”现代物理学领域最大矛盾

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科技日报记者 张梦然

量子物理与广义相对论“相看两厌”的局面，几乎是被理论物理学界所公认，而量子引力却在尝试将这二者“调和”。英国《自然》杂志发表的一篇论文首次报道了利用一台量子处理器对全息虫洞进行量子“模拟”。此次演示使用的是谷歌的“悬铃木”（Sycamore）处理器，这一成果代表着人们距离在实验室研究量子引力的目标又近了一步。

广义相对论描述的是高能或高物质密度的物理世界，比如天体物理对象；而量子力学描述的则是原子和亚原子水平上的物质。量子引力则是一种假设的物理理论，描述的是与这两类情况都相关的对象，譬如人们迄今仍无法窥其真貌的黑洞的内部。

不过，量子力学与广义相对论在根本上是不相容的。可以说，当前理论物理学最深奥的问题之一就是调和广义相对论以及量子力学。因此对于量子引力的理论，目前科学界尚未达成共识。

全息原理被认为是连接不同理论的一种方式，这一理论或许有潜力帮助调和量子力学和广义相对论，它利用一个受限的物理系统，将相对论解释为量子物理学的扩展。

根据全息原理，美国加州理工学院科学家玛利亚·斯皮罗普路、霍特尼·卡尔文及他们的同事，此次设计了一个简单系统，用来模拟一个全息虫洞。在这里，经过适当设计的量子系统的性质，也符合引力系统所该有的性质。

该量子模拟利用一台量子计算机进行，有一个9量子比特的电路。量子比特在这台处理器上传输时的动力学特征与量子比特穿过可穿越虫洞时所该有的动力学特征相同。

在同时发表的新闻与观点文章中，斯坦福大学科学家亚当·布朗表示，该实验首次演示了今后使用量子计算机测试量子引力理论的潜在可行性。

【总编辑圈点】

简单说，“广义相对论先生”描述了引力且在恒星、行星、银河上等大尺度上都适用；而“量子力学小姐”描述了其他3种作用在微观尺度的基本力。这二者是否有“握手言欢”的可能？还要看量子引力的表现。物理学家们当然想通过实验去检验，但很遗憾，量子引力的能量与尺度，此前的实验室条件是无法模拟和观测的。或许很多年后回头看，今天的这项成果是里程碑式的，它可能是未来同时解决大质量能量与小尺度空间的开始，譬如黑洞行为，譬如宇宙起源。

关键词： 现代物理学 量子引力