杰弗里斯等在2016年发现了这个全息的、可穿越的虫洞 , 为研究人员了解全息力学提供了一个新的窗口 。
几个月之内 , 马尔达塞纳和两个同事在这个计划的基础上进一步证明了可穿越虫洞可以在一个简单的环境中实现——“一个足够简单的量子系统 , 我们可以想象制造它 , ”杰弗里斯说 。
所谓的SYK模型是一个物质粒子的系统 , 它们以群体的形式相互作用 。 1993年 , Subir Sachdev和Jinwu Ye首次描述了这个模型 。 2015年 , 理论物理学家基塔耶夫(Alexei Kitaev)发现了它是全息的 , 这个模型突然变得重要多了 。 基塔耶夫证明物质粒子以四组为一组相互作用的模型的特定版本在数学上可以映射到AdS中的一维黑洞
马尔达塞纳和他的合作者把这些点连接起来 , 提出两个SYK模型连接在一起可以对杰弗里斯的可穿越虫洞的两个口进行编码 。 到2019年 , 他们找到了一种具体的方法 , 可以将一个量子比特信息从一个四向相互作用的粒子系统传送到另一个粒子系统 。 在对偶时空图中 , 旋转所有粒子的自旋方向会转化为一种横扫虫洞的负能量冲击波 , 将量子比特向前踢出 , 并在可预测的时间将其踢出虫洞 。
实验室的虫洞随着理论工作的发展 , 参与了2012年希格斯玻色子发现的颇有成就的实验粒子物理学家玛丽亚·斯皮洛普鲁(Maria Spiropulu)正在思考如何使用新生的量子计算机来进行全息量子引力实验 。 2018年 , 她说服杰弗里斯加入她不断壮大的团队 。
杰弗里斯的虫洞是ER = EPR的第一个具体实现 , 他展示了这种关系完全适用于一个特定的系统 。
为了在最先进的量子计算机上运行杰弗里斯的虫洞隐形传态协议 , 斯皮洛普鲁的团队必须大大简化协议 。 一个完整的SYK模型由几乎无限多的粒子以随机强度相互作用组成 , 因为四方相互作用贯穿始终 。 这是不可计算的 。 研究人员着手创建一个全息虫洞 , 只需要7个量子位和数百个操作 。 为了做到这一点 , 他们只编码最强的四向相互作用 , 忽略其余的 , 同时保留模型的全息特性 。
- 加州理工学院的物理学家斯皮洛普鲁领导了这个新虫洞实验的团队 。
基于此 , 该团队开始编写Sycamore的量子位 。 7个量子比特编码14个物质粒子——在左、右SYK系统中各有7个 , 其中左边的每个粒子都与右边的一个粒子纠缠 。 第8个量子比特 , 处于状态0和1的某种概率组合中 , 然后与左边SYK模型中的一个粒子交换 。 这个量子比特的可能状态很快就会与左边其他粒子的状态纠缠在一起 , 就像水滴在水中一样 , 把它的信息均匀地散布在它们中间 。 这与进入反德西特空间一维虫洞左口的量子比特在全息上是对偶的 。
然后是所有量子位元的大旋转 , 与穿过虫洞的负能量脉冲相对应 。 旋转导致注入的量子比特转移到右边SYK模型的粒子 。 然后信息就会停止传播 , 并重新聚焦在右侧单个粒子的位置——被交换出来的左侧粒子的纠缠伙伴 。 然后测量量子位的所有状态 。 对多次实验运行的0和1进行计数 , 并将这些统计数据与注入量子位的准备状态进行比较 , 就可以揭示量子位是否在进行远程传输 。
研究人员在数据中寻找峰值 , 以代表两种情况的差异:如果他们看到峰值 , 这意味着对偶于负能量脉冲的量子位旋转允许量子位传送 , 而相反方向的旋转 , 对偶于正能量脉冲 , 不让量子位通过 。 (相反 , 它们会导致虫洞关闭 。 )
经过两年的逐步改进和降噪努力 , 峰值出现在了电脑屏幕上 。 研究人员说 , 我想我们现在看到了一个虫洞 。 这个峰值是你可以在量子计算机上看到引力的第一个迹象 。
- Sycamore芯片的多个副本之一的外壳 , 它由50多个由超导铝电路制成的量子位组成 。
虫洞的意义
这与我看到希格斯粒子发现的第一批数据时非常相似 , 不是因为我没有预料到 , 而是它太多地出现在我面前了 。
最重要的收获之一是这个实验对量子力学的解释 。 像纠缠这样的量子现象通常是抽象的 。 但在新的实验中 , 一种不可言说的量子现象——信息在粒子之间传送——有了具体的解释 。 也许像隐形传态这样的量子过程总能感受到量子比特的引力 。 如果这样的东西可以从这个实验和其他相关的实验中得到 , 那它肯定会告诉我们关于宇宙的更深的东西 。 这样的量子系统比目前编程的系统要复杂得多 。 似乎可以肯定的是 , 现在有了一个全息虫洞 , 更多的虫洞将会打开 。
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