去年 11 月，一组物理学家声称他们在谷歌的 Sycamore 量子计算机中 首次模拟了一个虫洞。研究人员将信息注入一组模拟粒子，并表示他们 观察到这些信息从第二个、分离的电路组中涌现。
这是一个大胆的主张。虫洞——时空的隧道——是爱因斯坦 帮助普及 的一种非常理论化的引力产物。用量子力学，一个与引力长期不符的物理学分支，来创造一个虫洞的仿制品将是一项非凡的成就。
事实上，三个月后，另一组物理学家认为，这些结果可以通过其他更平凡的方式来解释。作为回应，Sycamore 项目背后的团队坚持 了他们的结果。
他们的论证突出了一种诱人的困境。在量子计算机中成功模拟虫洞可能有助于解决一个古老的物理学难题，但迄今为止，量子硬件还没有足够强大或可靠来完成复杂的计算。不过，它们正在迅速发展。
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挑战的根源在于数学系统的差异。像你正在阅读本文的设备这样的“经典”计算机，用“比特”来存储数据和进行计算，这些比特通常由硅制成。这些比特是二元的：它们可以是零或一，仅此而已。
对于绝大多数人类任务来说，这都不是问题。但 二进制对于处理量子力学的奥秘并不理想——这些奇异的规则指导着宇宙最小尺度的运行——因为该系统本质上是以一种完全不同的数学形式运行的。
量子计算机应运而生，它用符合量子力学的“量子比特”取代了硅比特。一个量子比特可以是零、一——或者，由于量子技巧，是零和一的某种组合。量子比特可以使某些计算变得更加容易管理。2019 年，谷歌的操作人员利用 Sycamore 的量子比特 在几分钟内完成了一项他们声称经典计算机需要 10,000 年才能完成的任务。
有几种方法可以使用计算机可以解决的方程来模拟虫洞。2022 年的论文研究人员使用了所谓的 Sachdev–Ye–Kitaev (SYK) 模型。一个 经典计算机可以处理 SYK 模型，但效率非常低。该模型不仅涉及粒子之间的远程相互作用，还具有相当大的随机性，这两者对于经典计算机来说都难以处理。
甚至虫洞研究人员也大大简化了 SYK 模型来进行他们的实验。“他们做的模拟，实际上，在经典计算机上很容易做到，”加州理工学院的物理学家 Hrant Gharibyan 说，他没有参与该项目。“我可以在我的笔记本电脑上完成。”
但简化模型会引发新的问题。如果物理学家想证明他们通过量子数学创造了一个虫洞，那么他们就更难确认他们确实做到了。此外，如果物理学家想了解量子力学如何与引力相互作用，那么他们可以获得的信息就更少了。
批评者指出，Sycamore 实验使用的量子比特数量不足。虽然你手机或电脑中的芯片可能有数十亿甚至数万亿个比特，但量子计算机要小得多。特别是虫洞模拟，只使用了九个。
虽然根据专家的说法，该团队肯定不需要数十亿个量子比特，但他们应该使用超过九个。“使用九个量子比特的实验，你不会学到任何你从经典模拟实验中不知道的东西，”德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学家 Scott Aaronson 说，他不是该论文的作者。
如果大小是问题，那么当前的趋势让物理学家们有理由乐观地认为他们可以在量子计算机中模拟一个真正的虫洞。就在十年前，即使让一个量子比特正常工作也是一项了不起的壮举。2016 年，第一台具有云访问功能的量子计算机 只有五个量子比特。现在，量子计算机拥有数十个量子比特。谷歌的 Sycamore 最多拥有 53 个。IBM 计划在 2020 年代中期 推出一系列量子比特数量超过 1,000 个的量子计算机。
此外，今天的量子比特极其脆弱。即使是很小的噪音或微小的温度波动——量子比特需要保持在极低的温度下，仅略高于绝对零度——都可能导致介质退相干，使计算机脱离量子世界，回到平凡的经典比特。（更新的量子计算机致力于使量子比特“更干净”。）
一些量子计算机使用单个粒子；另一些 使用原子核。与此同时，谷歌的 Sycamore 使用超导线圈。这一切都表明，量子比特正处于 VHS 与 Betamax 的时代：有多家竞争者，尚不清楚哪种量子比特（如果有的话）将成为与无处不在的经典硅芯片等效的产物。
“你需要制造更大的量子计算机，以及更干净的量子比特，”Gharibyan 说，“那时真正的量子计算能力才会到来。”
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对许多物理学家来说，这将带来巨大的无形回报。量子物理学指导着宇宙最小尺度的运行，但对于指导宇宙最大尺度的引力，还没有一个完整的解释。展示一个量子虫洞——通过量子比特有效地进行瞬时传输——可以弥合这一差距。
因此，谷歌的用户并不是唯一在研究这个问题 of 物理学家。2022 年初，另一组研究人员发表了一篇论文，列出了他们 在量子计算机中探测到的瞬时传输迹象。他们没有将量子比特通过模拟的虫洞，只发送了一个经典比特，但这仍然是一个有希望的步骤。Gharibyan 解释说，更好的量子引力实验，例如模拟完整的 SYK 模型，主要是“纯粹地扩展我们构建处理器的能力”。
Aaronson 对虫洞是否能以有意义的形式被建模持怀疑态度，即使量子计算机达到了数千个量子比特。“至少有可能学到一些我们以前不知道如何计算的与量子引力相关的东西，”他说。“即使如此，我也很难让专家告诉我那是什么。”
