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　　编辑 ：王珊珊 杨明昊 王珺珂 朴沁莹

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

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）