研究人员讨论最近的量子计算机虫洞模型

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最近的一份《自然》出版物继续成为头条新闻，因为它的发现是加州理工学院的科学家在谷歌梧桐树量子处理系统上开发了一个可穿越虫洞的模型。

Penn Today与艺术与科学学院物理与天文学系的物理学家Vijay Balasubramanian和Jonathan Heckman进行了交谈，以更好地了解这项工作的含义。两人解释了几个关键概念，并分享了他们对一些主要要点的想法和意见。

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模型的简单版本，该模型通常用于理解强相关材料，即基本组件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Subir Sachdev和Jinwu Ye以及后来修改它的Alexei Kitaev命名。

众所周知，这个SYK模型在只有一个空间维度的宇宙中的某种引力理论方面具有等效的描述。在《自然》杂志的论文中，研究人员建立了一个量子系统，该系统实现了SYK模型的精简版本，并展示了与替代和等效引力描述中的可穿越虫洞相关的特征动力学。

所以他们没有制造出真正的虫洞？

Balasubramanian：不，他们没有创造一个虫洞，也没有在太空中两个遥远的点之间建立捷径连接。但他们在这里取得的成就仍然非常令人印象深刻，是量子计算向前迈出的一大步。

量子计算是什么意思，为什么这个实验需要它？

赫克曼：嗯，与使用对应于0和1的二进制比特来接收，处理，存储和通信信息的普通计算机系统相反，量子系统具有0和1的“叠加”，这意味着它的比特，称为量子比特，能够同时作为零或一存在。

因此，量子计算机的希望和承诺是，如果你有足够的量子比特，你可以做在经典机器上无法做到的计算。

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）对应关系的激励，这与SYK模型非常相似，可用于研究组件彼此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对应关系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用与另一种语言相关的完全不同的声音和语法实践来传达同样的想法。

更详细地说，AdS/CFT对应给出了一个字典和一套物理规则，用于将某些类型的高维引力宇宙（所谓的反德西特空间）中的现象转换为其他低维系统中的现象（所谓的共形场论）没有重力。这种对应关系实际上源于物理学中一个公认的概念，可追溯到19世纪后期，我们称之为二元性，但二元性的新化身是过去四分之一世纪物理学中最重要的发现之一。

最初似乎令人难以置信，也许是不可能的，不同维度的理论可能是等价的。毕竟，你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，你可以向后、向前、向左、向右、向上或向下。但事实证明，我们可以构建一些例子，例如，在一个不包含引力的三维理论中发生了一些相互作用，你可以证明它等同于四维理论中与引力的其他一些过程。

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二象性，在具有额外维度的等效引力描述中，你会说信号穿过了一个虫洞。但是在他们使用的实际机器中，没有一个。

事实上，你可以写的这篇Nature论文的一个版本完全没有提到量子引力或AdS / CFT模型。

怎么会这样？这岂不是否定了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。在实际的全息影像中，可以有一个二维系统（如蚀刻在表面上的图像），该系统可用于对原始三维形状进行完全编码。同样，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。

但就他们所做的事情而言，这里变得棘手，因为他们基于对重力的一些特殊考虑来激励实验：特别是这种重力虫洞配置的想法。要得到一个虫洞，你必须在两个黑洞之间建立一座桥梁。有问题的黑洞在我们的世界中并不存在。相反，它们存在于另一种“双重”的量子计算系统中，根据不同维度的引力理论。

因此，从某种意义上说，他们使用这种“双重”引力概念来想象连接两个不同量子力学系统的可穿越桥梁或虫洞，并将其转化为他们在量子计算机上构建的实际系统中的等效现象。

媒体对这篇《自然》论文的大部分报道都表明，研究人员创造了一个虫洞，你如何看待这些说法？

赫克曼：暗示我们的世界正在发生真正的虫洞穿越是相当误导的。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。

当量子比特的数量非常大时，这种特殊的引力模型效果最好，比如，它接近无穷大，这在目前是不可能的，所以研究人员通过使用深度学习网络来解决这个问题，帮助他们建立一个足够小的量子系统，保留足够的引力特性，在九量子比特系统上工作并且仍然成立。所以，我们需要问，在这种情况下，你会从梧桐树系统中学到关于量子引力的任何知识吗？

我的意思是，先验地，你可以完成整个实验，而不用说任何关于AdS/CFT对应关系和链接回虫洞的事情。事实上，整个实验本可以在经典机器上完成;只是会花费更多的时间。

Balasubramanian：就实验室制造的虫洞而言，它更像是皮克斯版的虫洞，只是它不是屏幕上看到的。它更像是在后台运行的原始代码;它还没有被转换为可破译的图像，但理论上，它可以。该图像可能看起来像一个可穿越的虫洞，但它不是实际的虫洞。

再一次，他们没有在我们的世界上建立一个虫洞。要说他们这样做需要一些心理体操。你基本上必须把他们系统的引力“双重”描述视为现实世界。

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一种迷人的量子现象。这是在量子计算机中模拟复杂相互作用系统向前迈出的一步，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，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之外，还有改进这项技术的动力。

原标题：《研究人员讨论最近的量子计算机虫洞模型》

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