物理学家在实验室里制造了虫洞吗

上周，科学家们因据称产生了虫洞而登上了头条新闻。这项发表在《自然》杂志上的研究涉及使用量子计算机在简化的物理模型中模拟虫洞。

消息传出后不久，物理学家和量子计算专家对虫洞是否真的被创造表示怀疑。

媒体报道一片混乱。Outlets报道说，物理学家创造了一个理论上的虫洞，一个全息虫洞，或者可能是一个小的、破旧的虫洞，谷歌的量子计算机表明虫洞是真实的。其他媒体冷静地提供了一个消息：不，物理学家根本没有制造虫洞。

如果这让您感到困惑，那么您并不孤单!这是怎么回事?

虫洞和纠缠

宇宙浩瀚。它太大了，以常规方式从一侧到另一侧是不切实际的。

虫洞是一种漏洞：宇宙两个区域之间的捷径，可以让一个人在更短的时间内穿越很远的距离。爱因斯坦的相对论允许虫洞存在，但在自然界中从未发现过虫洞。

最近，物理学家一直在研究虫洞与另一种现象有关的想法，即纠缠。

纠缠是一种涉及粒子的奇特量子现象。当粒子处于纠缠状态时，一个粒子的测量似乎会立即影响另一个粒子。即使两个粒子相距太远以至于不可能存在因果关系，情况也是如此。

一些物理学家认为，虫洞可能只是描述某种量子纠缠的一种方式。如果正确的话，这将在两个著名的物理学理论之间建立联系：量子力学和广义相对论。

广义相对论解释了引力的工作原理，并描述了大尺度的宇宙。量子力学解释了其他基本力，并在非常小的尺度上描述了宇宙。

两者都是极其成功的理论。然而，它们还没有被调和成一个单一的、统一的理论。

一个统一的理论将保留量子力学和广义相对论的见解，同时提供对引力如何在量子域中起作用的解释，这是我们目前尚不了解的。

因为虫洞是广义相对论所特有的，而纠缠是量子力学所特有的，它们之间潜在的相似性是令人兴奋的。这表明这两种理论在某种程度上可能描述的是同一件事。

芯片上的量子引力?

我们如何寻找虫洞和纠缠之间的这种潜在相似性?

好吧，我们知道如何通过实验来纠缠粒子。我们这样做已经有一段时间了。

因此，我们可以尝试构建一种特殊类型的量子系统：一种可以使用我们用于虫洞的相同物理学来描述的系统。如果我们可以在实验室中构建这样一个系统并且它的行为类似于虫洞，那么这将支持纠缠和虫洞是同一枚硬币的两个面的观点。

在量子计算机中，基本组件可以置于各种量子状态，可用于运行量子实验。因此，它们似乎提供了一个测试虫洞和纠缠之间关系的机会。

在量子力学中，“纠缠”是一种可能彼此相距很远的粒子之间的联系。图片来源：Shutterstock

这也许就是为什么有报道称物理学家使用量子计算机生成虫洞的原因。但这似乎并不是实际发生的事情，尽管理解原因并不简单。

不是虫洞

物理学家所做的是将量子计算机的基本组件组织成特定的量子态。然后，他们能够通过量子系统将信息从计算机的一部分传输到另一部分。

量子系统以及信息传输的方式可以使用特定的物理学模型来描述。根据这个模型，计算机内部发生的信息传输在描述上类似于某些东西通过虫洞的方式。

然而，所使用的模型至少有两个局限性。

首先，它似乎对我们世界的物理学做出了不切实际的假设。它特别假设时空——宇宙的结构——具有它可能不具有的某些属性。

其次，该模型已被简化以描述一个可以用量子计算机实现的简单系统。这种简化的模型在物理上可能不准确。

因此，虽然我们可以使用特定类型的模型来描述计算机内部发生的事情，就好像它是一个虫洞一样，但尚不清楚该模型是否代表了我们所知道的世界。

实验与模拟

一些评论员提出了一个不同的理由来怀疑虫洞是否被创造出来：它只是一个模拟。正如一位评论家所说，将系统视为虫洞“就像声称玩视频游戏Portal涉及创建一个实际的虫洞，因为它描绘了类似于屏幕上的理论概念的东西”。

我们确实必须小心从模拟中得出关于现实的推论。然而，该模拟的量子方面使其更像是一个实验，而不是您可能在日常计算机上运行的普通模拟。

因此，模拟似乎可以合理地告诉我们一些关于它所模拟的量子系统的信息。然而，问题仍然存在，我们只能将系统解释为特定的、可能不切实际的物理模型中的虫洞。

没有虫洞，但仍然令人印象深刻

因此，我们或许应该怀疑是否有任何虫洞被创造出来。尽管如此，还是有理由留下深刻印象。

一方面，该团队使用机器学习技术来简化他们用来以有用的方式模拟它的模型。

使用机器学习来生成简化模型非常巧妙，我们应该期待在未来看到更多这样的机器学习用途。

使用量子计算机来运行所讨论的量子实验类型也很重要。这完全可以完成，为进行进一步的实验开辟了道路。这可能会开辟一个实验范式，可用于推动物理学的进步。

还有一种可能性——尽管相当遥远——用于描述量子系统的模型的某些方面将得到证实。这可能会导致未来发现量子纠缠与虫洞之间的关系。

但这仍然非常具有推测性。