谷歌: 谷歌量子计算机造出史上第1个虫洞

2022-12-01 | 来源: 量子位 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

要了解这个虫洞的产生过程，时间不得不顺着研究往前推移。

故事至少从2013年开始讲起。

当年的一次会议后，来自哈佛大学的Daniel Jafferis——虫洞传送协议的首席开发者，也是本篇Nature封面的合着者——有了一个想法：

通过推测的对偶性，可以经由调整纠缠模式来设计特定的虫洞。

△Daniel Jafferis

具体而言，可以设想在两组纠缠粒子之间，穿上一根电线或其它任何的物理连接，让粒子们编码出虫洞的两个口。

在这种耦合作用下，操作其中一侧的粒子，会引起另一侧粒子的变化。

这样就有可能在两侧粒子之间撑开一个虫洞。

说干就干。Jafferis联手当时哈佛的研究生Ping Gao，以及访问学者Aron Wall开始进行研究。

直到2016年，三人最终计算得出：

通过耦合两组纠缠粒子，当在左侧的那组粒子上执行一个操作后，在对偶高纬时空图像中，打开通往右侧的虫洞口，可以推动一个量子位从中通过。

他们发现的这个虫洞，是全息的、可穿越的。

几个月后研究人员进一步证明了，可穿越虫洞可以在一个简单的环境中实现。

而量子系统就是一个足够简单、又可以尝试制造的“简单环境”。

说到这里，需要引入一个新概念：SYK（Sachdev-Ye-Kitaev）模型。

简单理解一下，SYK模型是一个物质粒子的系统，以群体的形式相互作用，并且这个模型在2015年被发现是全息的。

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量子引力理论家Juan Maldacena和合作者提出，两个SYK模型连接在一起，可以对Jafferis的可穿越虫洞的两个口进行编码。

到了2019年，Maldacena和伙伴们找到一个具体的方法，可以将一个量子位信息，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。

冲击波能把量子位向前推动，还能在可预测的时间点把量子位踢出虫洞。

好了，说回Jafferis和他的研究。

2018年，Jafferis本人和许多谷歌量子人工智能（Google Quantum AI）的研究人员，一同加入了一个实验粒子物理学家的研究团队。

团队核心领导者参与了希格斯玻色子的发现（2012年）。

实验团队的主要工作是“如何使用量子计算机进行全息量子引力实验”。

要知道，量子计算机虽然先进，但是仍然很容易出错。

要在上面运行Jafferis的那个虫洞传送协议，实验团队必须搞出协议的超级简化版本。

为什么呢？

因为一个完整的SYK模型，由几乎无限多的粒子组成。

当四向相互作用贯穿模型始终，这些粒子会以随机强度相互耦合。

因此，想要计算完整过程，几乎是天方夜谭。

为了将协议大大简化，实验团队稀疏化了SYK模型，只编码其中最强的四向相互作用（忽略其余的），同时保留模型的全息性质。

稀疏化的想法来自ML，即试图通过把尽量多的权值设置为零，来限制神经网络中信息的细节。