现代版的爱丽丝用镜子换虫洞来探索量子仙境

发表时间：2019-06-27

作者：易智编译

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如果刘易斯·卡罗尔今天还活着，他就不会费心去照镜子了。他的书名叫《爱丽丝穿越虫洞》。

作为一名数学家，卡罗尔(又名查尔斯·道奇森)应该紧跟量子物理学的最新发展。毫无疑问，他会对一篇描述在实验室中创造(或至少模拟)虫洞的新论文感兴趣，该论文旨在测试将黑洞与量子奇异性联系起来的最新观点。

卡罗尔将特别高兴地看到，小爱丽丝已经长大成为一名量子物理学家，与一个名叫鲍勃的人合作(他的虚构前身尚未确定)。爱丽丝和鲍勃是量子密码学和量子纠缠等奥秘的(假设的)主要研究者。他们尤其擅长量子隐形传态，其中重建量子粒子所需的信息可以从一个实验室(爱丽丝的实验室)传输到另一个实验室(鲍勃的实验室)。

传送一个量子粒子(通常是光子，一个光的粒子)需要几个世纪的时间，这距离传送柯克船长从企业号到某个潜伏着危险的星球表面还差得远。但概念基础现在正在建立。事实上，发表在《物理在线档案》上的这篇新论文提出了一种方案，允许爱丽丝通过虫洞传送一个人(不知为什么叫汤姆)给鲍勃。

通常，虫洞(如果存在的话)会连接时空的遥远区域。它们对星系间的超回路列车毫无用处，因为任何进入虫洞的东西都会导致它崩溃。但近年来的许多研究表明，这样的时空隧道可能连接两个黑洞，在这种情况下，穿越它们变得可以想象，即使在物理、情感或经济上都不可行。

黑洞之间的虫洞旅行是可以想象的，因为量子纠缠，这是爱丽丝和鲍勃的专长之一。在量子宇宙中(就像你所生活的宇宙)，相互作用的粒子会以一种“量子态”的方式“纠缠”在一起。在这种状态下，对其中一个粒子的测量可以揭示另一个粒子的信息，无论第二个粒子有多远。这种令人毛骨悚然的联系很难解释。一些理论似乎通过提出纠缠的粒子由虫洞连接而缓和了这个谜团。

在技术术语中，这种联系由“方程式”ER=EPR指定。ER代表爱因斯坦和罗森，这两位物理学家写了一篇开创性的论文，描述虫洞(也被称为爱因斯坦-罗森桥)。EPR代表爱因斯坦、波多尔斯基和罗森(是的，同样的罗森，同样的爱因斯坦)，这三位物理学家在早期的一篇论文中描述了量子纠缠(主要是为了抱怨它)。

如果ER=EPR的基本概念是正确的，那么人们很有可能通过虫洞旅行，斯坦福大学物理学家伦纳德·苏斯金德(Leonard Susskind)等人在一系列有趣的论文中讨论过这一点。事实上，苏斯金德认为，爱丽丝和鲍勃只要跳进两个被虫洞连接的纠缠的黑洞，就能证明ER=EPR。爱丽丝和鲍勃会在虫洞中间相遇，从而验证了ER=EPR理论，并为自己赢得了诺贝尔奖。除了一个小小的障碍，那就是他们无法走出虫洞(甚至无法发送消息)，所以一旦爱丽丝和鲍勃最终见面(或者他们已经见过面了)，没有人会知道事情的进展如何。它们将永远被隐藏在黑洞视界的后面，而黑洞视界的表面没有任何来自内部的信号能够逃脱。

然而，在他最新的论文中，苏斯金德和同样来自斯坦福大学的赵颖提出了希望。苏斯金德和赵说，在实验室里模拟纠缠的黑洞似乎是可能的。爱丽丝和鲍勃不必冒着未来的风险——他们可以让汤姆穿过实验室创造的虫洞，看看他是否还活着。Susskind和Zhao断言:“将量子隐形传态与爱因斯坦-罗森桥将纠缠的黑洞连接起来的想法结合起来，意味着ER=EPR原则上可以由那些从未穿过视界的观察者进行测试。”

好吧，汤姆并不是这个计划中的一员;他只是teleportee的一个符号。一个被传送者可以是一个光子，一个包含量子信息的粒子，Alice想要发送给Bob。(例如，这样的光子可能包含Bob正在执行的计算的重要信息。)爱丽丝不能简单地测量光子的信息，把它写下来，然后通过电子邮件发给鲍勃。观察光子可以将多种可能的测量结果减少到一个确定的状态(例如，自旋向上)。鲍勃需要一种粒子，它能保留使量子信息如此丰富的多种可能结果。

一个粒子的全部量子信息

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