超光速旅行成真？Google的量子计算机显示虫洞可能真实存在

阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）被公认为史上最具影响力的物理学家之一，他当之无愧。他创造了各种各样的相对论理论，这些理论支配着高速运动物质的行为，并将引力重新想象成时空的弯曲。他也对量子力学的特性进行了大量的论述，虽然他拒绝承认量子力学从根本上是正确的，但却探索了该理论的含义。

虽然爱因斯坦作为天才的声誉牢不可破，但多一些任何额外的验证也没什么不好，尤其是当它围绕着爱因斯坦最奇异的预言之一：虫洞，也就是宇宙空间中的通道。

本周，来自加州理工学院、谷歌、费米实验室、麻省理工学院和哈佛大学的研究人员联盟使用一种称为 sycamore 量子处理器的设备来生成和控制相当于虫洞的东西。（Sycamore 是由谷歌开发的量子计算机。）这如何运作？这归结于爱因斯坦的两个想法之间复杂的相互关联。

虫洞和量子纠缠

1935 年，爱因斯坦与他的学生纳森·罗森（Nathan Rosen）一起研究如何将他的重力理论，即广义相对论，转化为一个统一理论。一个问题是该理论预测黑洞中心存在无限大。当一颗死亡恒星的总质重塌缩成零大小的点（称为奇点）时，就会出现这些无限大。

罗森和爱因斯坦尝试了其他可能的解决方案，包括使用一些创造性的数学将两个奇点替换为相连的渠道。这些渠道被称为爱因斯坦-罗森桥，或者更通俗地称为「虫洞」。从理论上来说，物体可以进入一个虫洞并从另一个虫洞出来，即使虫洞的两端相距遥远。物体将穿越额外的维度。这项工作称为 ER 理论。

虫洞是科幻小说作家的最爱，因为它们提供了超光速旅行的可能性。太空船可以在零时间内旅行长距离。尽管制造虫洞存在许多实际问题，但其中一个特别重要的问题是，除非由大量负能量稳定，否则它们是不稳定的。

同年，爱因斯坦和罗森还与另一位名叫伯里斯·波多尔斯基（Boris Podolsky）的物理学家一起研究了量子力学的一个主题。这个主题涉及量子纠缠，它考虑最初相互接触的两个物体的行为，使它们的属性相互交织。虽然这两个物体的属性都没有确定——这是量子力学疯狂的一部分——但它们彼此相反的事实从一开始就被「固定」了。

麻烦的是，即使你将这两个物体分开很远距离并测量其中一个的属性，你也会立即知道另一个的属性，尽管在进行测量之前，这两个物体的属性都没有确定。这被称为爱因斯坦-波多斯基-罗森（EPR）悖论，以研究人员的字母缩写命名。

ER = EPR

ER 理论和 EPR 佯谬在很长一段时间都被认为是奇怪的现象，然而直到最近十年，科学家们才开始理解这两个想法有更深的联系。事实上，已经变得清楚的是，这两个想法在许多方面在功能上是相同的。物理学家胡安·马尔达塞纳（Juan Maldacena）和伦纳德·萨斯坎德（Leonard Susskind）通常被认为在这一认识方面做出了一些关键贡献，马尔达塞纳更是用简洁的表达概括了这一观察：「ER = EPR」。

如果ER = EPR确实是真的，那么我们很幸运，因为虽然我们无法创造和生成虫洞，但我们当然可以进行 EPR 测量。我们已经这样做了数十年了。

虫洞可能是真实的

这就是这项新宣布的内容。研究人员在《自然》杂志上发表的一篇论文中，开发了一种简化的方法来解决这个问题，并在量子计算机上模拟了虫洞行为。他们发现结果完全符合预期。他们甚至能够模拟出正负能量主宰理论虫洞的情况，并发现，虽然正能量选项是不稳定的，但负能量选项是稳定的——正如 ER 理论所暗示的那样。

就 EPR 和 ER 在数学上是相同的而言，这项工作表明虫洞不仅仅是理论上的奇怪现象。

重要的是要注意，研究人员并没有生成物理虫洞。没有物体被转移到额外的维度。相反，展示的是量子行为。然而，由于ER和EPR的数学深度交织在一起，新的结果表明虫洞至少是一种可能性。

量子引力

这项工作的更深层含义是，它为研究人员提供了一个实验室，不仅可以探索ER理论和EPR悖论，还可以探索一个被称为量子引力的理论，量子引力是将引力扩展到微观世界的理论。一个成功的量子引力理论将近一个世纪以来一直困扰着科学界，因此这种新能力可能有助于照亮前进的道路。事实上，量子计算使研究人员能够测试几年前根本不可能的想法。