科學家在實驗室模擬蟲洞,實現量子遙傳技術

圖:Olena Shmahalo/Quanta Magazine

一個物理學家團隊計畫建造出一個可運作的蟲洞,他們製造出一個黑洞,再製造另一個與其量子纏結(quantum entangled)的黑洞。無論兩個黑洞相距多遠,當任何事情發生在其中一個黑洞時,另一個黑洞也會受到影響。研究團隊藉由此特性建造出量子遙傳設備。

蟲洞

傳統知識告訴我們,沒有任何東西能逃脱黑洞極大的重力場,只要通過事件視界,就會迅速掉入黑洞而被摧毀。但根據近年的理論研究,只要將兩個黑洞連結在一起形成蟲洞,當被編碼成量子粒子的資訊送到第一個黑洞時,這些量子資訊就會出現在第二個蟲洞,而不會被摧毀。

也就是說,黑洞會重新創造一個稱為「量子遙傳」(quantum teleportation)的現象。所謂量子遙傳,是一種利用量子纏結來傳送量子態至任意距離的技術。工程師就是使用這個現象來建造量子電腦。

量子遙傳

科學家已在實驗室中多次成功實現量子遙傳技術,並已被用於在量子設備之間傳遞加密訊息,但它無法即時傳送訊息,因為訊息無法被解碼,看起來是隨機的,仍需要一些傳統機制上的額外資訊,這表示這些訊息的傳輸無法超過光速。因此科學家表示,除了讓兩個黑洞纏結之外,還需要兩個黑洞之間的耦合。

在實驗室創造並將實際黑洞連結起來超過現代科學能力所及,但是馬里蘭大學(University of Maryland)的克里斯多福·門羅教授(Christopher Monroe)及布萊恩·史文格教授(Brian Swingle)認為,他們可以打造如纏結黑洞般表現的量子線路(quantum circuit)。此量子線路是由被電性束縛的離子所組成,這些離子的量子態被纏結在一起,可以模擬出黑洞纏結的現象。

若成功建造出可運作的量子線路,研究人員就能將量子資訊輸入至其中一個「黑洞」線路,而這個黑洞線路會將訊息編碼。不久之後,該資訊會以已解密可讀取的狀態從第二個線路中跳出。此方式與現有的量子遙傳技術不同,因為現有技術所傳輸的資訊仍被完全打亂,然後需要解密,從而使整個過程更加耗時且準確性更低。這是因為容易出錯的量子電腦必須試圖重建原始訊息。

實際科學意義

儘管纏結黑洞和蟲洞的想法,會讓人聯想到探險家在宇宙中探險的科幻概念,但事實並非如此。

實際情況上,這是一個改善量子運算技術的方法。加州柏克萊大學(University of California, Berkely)研究人員姚諾曼博士(Norman Yao)表示,重建並使黑洞的奇異特性纏結在一起,就能允許在最快的時間尺度上進行量子遙傳。這是因為進入其中一個黑洞的任何資訊都能快速在粒子之間被分享,也因此藉由與第二個黑洞的纏結,資訊也能很快被分享給第二個黑洞。

參考資料:

  1. Robitzski, D., (2020, March 2). Scientists Are Building a Quantum Teleporter Based on Black Holes. Futurism
  2. Ball, P., (2020, February 27). Wormholes Reveal a Way to Manipulate Black Hole Information in the Lab. Quanta Magazine
黃威翔
黃威翔 200 文章
清華大學材料工程學系碩士畢業生。一個喜歡學外語,但又在科學領域打滾的平凡人,喜歡美食,日劇,電影,旅遊。