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时空穿越不再是梦 ？科学家成功模拟“全息虫洞”！******

　　近日，科学家打造出

　　“全息虫洞” 的消息冲上热搜

　　引发了大家 的讨论

　　虫洞 是什么？

　　我们真 的能用它穿越时空吗?

　　今天一起了解虫洞

　　01虫洞？ 是虫子住的洞吗 ？

　　宇宙中 的虫洞 是科学家推测可能存在的一种特殊隧道 ，它的两头连接着两个遥远的时空 ，理论上说，如果能从虫洞 的一端穿越到另一端，就能实现超越光速的时空旅行 。

　　电影《星际穿越》中结尾主角就 是进入了虫洞，发生了时空穿越 。感兴趣的同学可以去看看哦！

　　图源：截图 电影星际穿越中 的画面

　　要理解虫洞，我们首先要理解“黑洞”和“白洞”。在霍金的两大科普著作《时间简史》《果壳中 的宇宙》 的帮助下 ，黑洞这一概念早已深入人心 。它是在恒心死亡时，由于体积收缩 ，密度变大 ，获得使光也无法逃脱的巨大密度 的一种天体 。而所谓白洞 ，其实就 是和黑洞具有相反性质 的特殊天体 ，特点是不断往外“吐”出东西，只发射而不吸收。

　　一个吞噬一切，一个“吐出”一切 ，大家可以想象一下 ，如果一个黑洞恰好连上了一个白洞时会怎么样呢 ？这时就会形成虫洞（worm hole） 。

　　图源 ：中科院理论物理研究所 虫洞示意图

　　1915年 ，爱因斯坦提出了广义相对论 ，在爱因斯坦 的理论中 ，空间和时间不再是绝对的 、不可变 的 ，而是可塑的、相互依存的，且它们会受物质存在的影响。1935年，爱因斯坦和他 的助手罗森在广义相对论 的框架下研究黑洞，首次提出“爱因斯坦-罗森桥”的概念 ，这座“桥”连接了时空中两个不同区域 的通道 。上世纪50年代 ，物理学家惠勒将这座桥命名为“虫洞” 。

　　这听起来 是不 是很令人心动 ？进入虫洞 ，你可能会出现在宇宙 的任意一个角落 ，甚至穿越时空 ，改写你 的人生，重新选择你曾经后悔 的事。然而 ，虽然广义相对论允许虫洞 的存在 ，物理学家还从未在宇宙中观测到虫洞 ，目前只有黑洞被人类实际观测。

　　 02量子虫洞又是啥？

　　虽然我们还没有在宇宙中发现虫洞，但现在科学家们创造出了虫洞，还观察到了信息在虫洞之间传递的现象。不过，先别想着穿越时空，这个虫洞并非上述所讲的引力虫洞，而是一个量子虫洞 。

　　日前 ，英国《自然》（Nature）杂志发表 的一篇论文首次报道了利用一台量子处理器对全息虫洞进行量子“模拟” 。这个全息虫洞成功地将量子态通过虫洞，由一个量子系统传递到了另一个量子系统。

　　如果我们想象中可以时空旅行 的虫洞叫作“时空虫洞”的话，量子态 的量子虫洞则可以称之为“微型虫洞”。

　　那么，研究量子虫洞有什么用呢 ？

　　这 是因为，广义相对论和量子力学虽然各自都发展了很长一段时间 ，但它们之间仍然有一个根本性 的“冲突”——量子引力。

　　具体来说 ， “广义相对论”描述了引力且在恒星、行星、银河上等大尺度上都适用 ；而“量子力学”描述了其他3种作用在微观尺度 的基本力。这二者是否有“握手言欢” 的可能？这就要看量子引力的表现 。

　　物理学家们当然想通过实验去检验 ，但很遗憾 ，量子引力 的能量与尺度，此前 的实验室条件是无法模拟和观测的 。而这就是“全息”的用武之地，它可以帮助物理学家创建一个与原始系统相当 ，但不太复杂的系统。这类似于用二维全息图显示三维图像 的细节 。

　　03量子虫洞是怎么创造出来的？

　　2019年谷歌 的物理学家们提出了一种实验假说，认为一个在物理实验室中可以再造 的量子态 ，能被解释为在两个黑洞之间 的虫洞中穿越 的信息。

　　现在，来自谷歌 、MIT、费米实验室和加州理工学院的科学家们，用9个量子位 、1台量子计算机模拟出了对应 的量子动力学 。在同一个量子芯片中，他们创建了两个纠缠 的量子系统 ，并将一个量子位放入其中一个量子系统。结果，他们在另一个量子系统中观察到了这个量子位“穿越虫洞”而来的信息，结果符合预期的引力性质 。

　　这是什么意思？大家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 。

　　图片来源：inqnet/A.Mueller 量子计算机的模拟显示了信息如何通过虫洞

　　尽管存在争议，但 是这项前所未有 的实验 ，探索了时空以某种方式从量子信息中产生的可能性 。随着量子装置的不断改进 ，错误率会更低 ，芯片会更强，那么对引力现象 的研究也会更加深入 。

　　END

　　资料来源 ：中科院物理所 、极目新闻 、科技日报 、环球科学、量子位

　　整理：董小娴

办好新时代一流高等教育 ，推进现代化建设人才培养******

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　　（作者：许涛，系上海财经大学党委书记）

　　《光明日报》（ 2023年01月12日 05版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）