研究人员讨论最近的量子计算机虫洞模型

最近的一份自然出版物继续成为头条新闻，其发现是加州理工学院的科学家在谷歌Sycamore量子处理系统上开发了一个可穿越虫洞的模型。

PennToday采访了艺术与科学学院物理与天文学系的物理学家VijayBalasubramanian和JonathanHeckman，以更好地理解这项工作的意义。两人解释了一些关键概念，并就一些主要内容分享了他们的想法和意见。

你能解释一下这些研究人员做了什么吗?

Balasubramanian：这些加州理工学院的研究人员能够在量子计算机上表示类似虫洞的条件。

他们使用量子计算机构建了一个简单版本的模型，该模型通常用于理解强相关材料，即基本成分强烈影响彼此行为的材料。这就是所谓的SYK模型，以最初提出它的凝聚态物理学家SubirSachdev和JinwuYe以及后来对其进行修改的AlexeiKitaev命名。

著名的是，这个SYK模型对只有一个空间维度的宇宙中的某种引力理论具有等效的描述。在《自然》杂志的论文中，研究人员构建了一个量子系统，该系统实现了SYK模型的简化版本，并展示了与可穿越虫洞相关的特征动力学，以及等效的引力描述。

所以他们还没有制造出真正的虫洞?

Balasubramanian：不，他们没有创造虫洞，或者空间中两个遥远点之间的捷径连接。但他们在这里取得的成就仍然令人印象深刻，是量子计算向前迈出的一大步。

你所说的量子计算是什么意思，为什么这个实验需要它?

赫克曼：嗯，与在接收、处理、存储和通信信息时使用对应于0和1的二进制位的普通计算机系统不同，量子系统具有0和1的“叠加”，即其位，称为量子位能够同时以零或一的形式存在。

因此，量子计算机的希望和承诺是，如果你有足够的量子位，你可以进行经典计算机无法进行的计算。

根据我的理解，这些研究人员似乎受到所谓的反德西特/共形场论(AdS/CFT)对应的激励，这与SYK模型非常相似，可用于研究其组件彼此强烈相互作用的系统中的现象.但是AdS/CFT对应对于研究两种不同类型的物理理论之间的等价性特别有用。

Balasubramanian：AdS/CFT对应可以比作用一种语言表达一个想法，然后使用字典和语法书以与另一种语言相关的一组完全不同的声音和语法实践来传达相同的想法。

更详细地说，AdS/CFT对应给出了一个字典和一组物理规则，用于将某些类型的高维引力宇宙(所谓的反德西特空间)中的现象转化为其他低维系统中的现象(所谓的共形场论)，不经历引力。这种对应关系实际上源于19世纪末物理学中一个公认的概念，我们称之为对偶性，但对偶性的新化身是上个季度物理学中最重要的发现之一世纪。

不同维数的理论可能是等价的，这最初似乎令人难以置信，也许是不可能的。毕竟，您会认为维度是物理学本质的基础。通常你会觉得空间的维度有点像一个舞台，你可以在里面前后左右移动。但事实证明，我们可以构建例子，例如，你有一些互动发生在不包含引力的三维理论中，你可以证明它等价于包含引力的四维理论中的其他过程。

赫克曼：基于此，加州理工学院的研究人员期望他们可以使用量子处理器将量子信息片段从一个区域传送或翻译到另一个区域，而不会损失信号的任何保真度。通过AdS/CFT对偶性，在具有额外维度的等效引力描述中，您可以说信号通过了虫洞。但是在他们使用的实际机器中没有一个。

事实上，您本可以在这篇自然论文的某个版本中完全不提及量子引力或AdS/CFT模型。

为何如此?这难道不会否定研究类似虫洞的环境来解析信息的意义吗?

赫克曼：基本上，这里的想法是重力通过一种全息图对信息进行编码。在实际的全息图中，您可以拥有一个二维系统(如蚀刻在表面上的图像)，可用于对原始三维形状进行完全编码。类似地，在AdS/CFT对偶性中，高维引力系统的信息被编码在低维系统中。

但就他们所做的而言，这里变得很棘手，因为他们基于对引力的一些特殊考虑激发了实验：特别是这种引力虫洞配置的想法。要得到虫洞，你必须在两个黑洞之间架起一座桥。所讨论的黑洞在我们的世界中并不存在。相反，它们以不同维数的引力理论的形式以另一种“对偶”方式描述其量子计算系统。

因此，从某种意义上说，他们使用这种“双重”引力概念来想象一个可穿越的桥梁或虫洞，连接两个不同的量子力学系统，并将其转化回他们在量子计算机上构建的实际系统中的等效现象。

这篇自然论文的大部分媒体报道都表明研究人员已经创造了一个虫洞你如何看待这些说法?

赫克曼：暗示我们的世界正在发生实际的虫洞穿越是相当具有误导性的。这篇文章的作者和报道它的媒体正在对作品进行非常不负责任的陈述。

当量子位的数量非常大时，这种特殊的引力模型效果最好，因为它接近无穷大，这在目前是不可能的，因此研究人员通过使用深度学习网络来帮助他们构建足够小的量子来解决这个问题系统保留足够的引力特性以在九量子位系统上工作并且仍然适用。那么，那么我们需要问，在这种情况下，您是否打算从Sycamore系统中学习任何关于量子引力的知识?

我的意思是，先验地，您可以完成整个实验，而无需提及任何关于AdS/CFT通信和链接回虫洞的内容。事实上，整个实验都可以在经典机器上完成;这只会花费更多时间。

Balasubramanian：就实验室制造的虫洞而言，它更像是皮克斯版本的虫洞，只是它不是屏幕上看到的那样。它更像是在后台运行的原始代码;它还没有被转换成可辨认的图像，但理论上可以。该图像可能看起来像一个可穿越的虫洞，但它不是真实的虫洞。

再一次，他们没有在我们的世界中建造虫洞。要说他们这样做需要一些心理体操。你基本上必须将他们系统的引力“双重”描述视为真实世界。

无论如何，他们仍然在一个很难在计算机上模拟的系统中产生了引人入胜的量子现象。这是在量子计算机中模拟复杂交互系统方面向前迈出的一步，这很有趣，因为量子计算最有用的应用之一是模拟物理相互作用，例如活细胞中蛋白质的折叠。这在普通机器上很难做到，因此除了收集对理论物理模型的见解外，还有改进这项技术的动力。