时空穿越题材影视作品与虫洞概念
近年来，以时空穿越为主题的影视剧作品层出不穷，无论是从现代社会穿越到古代，还是回到年少时光，都引发了观众对穿越时空的无限遐想。在这些作品中，《星际穿越》对穿越原理的阐述最为深入，片中主角通过科学家构建的高维度虫洞实现了时空穿越，甚至与另一个时空的自己进行交流。那么，究竟什么是虫洞呢？
虫洞，又称爱因斯坦-罗森桥，是连接宇宙中两个遥远区域的理论时空桥梁。1935年，爱因斯坦与助手罗森在拓展广义相对论时，意外从理论上预测了虫洞的存在。然而在此之前，人类从未在实验中真正观测到虫洞。
为探索虫洞的动力学特性，美国能源部科学办公室基础物理学量子通信首席研究员、加州理工学院教授玛丽亚·斯皮罗普卢领导的研究团队与谷歌公司合作，在QCCFP项目资助下，利用谷歌著名的悬铃木量子计算机，首次实现了虫洞实验。研究团队通过量子计算机构建虫洞通道，成功进行了量子纠缠态在不同位置间的传送。
该实验证明了量子物理与广义相对论之间的关联，也展现了量子计算机在复杂物理理论研究中的优势。相关成果以《量子计算机上实现可穿越虫洞行为》为题，发表于Nature杂志封面。
这项突破建立在大量先驱理论研究基础上。2015年，阿列克谢·基塔耶夫提出了一个简化的费米子量子动力学系统，即Sachdev-Ye-Kitaev（SYK）模型。该模型表明量子动力学行为可表现为全息的量子重力效应，并提出可在量子计算机上完成量子引力实验。
2019年的研究进一步揭示，通过量子纠缠原理构建两个SYK模型，有望实现量子信息的虫洞传送，产生并测量空间中可穿越虫洞的预期动力学特性。在广义相对论框架下，若正负能量波动平衡，任何物体都无法通过虫洞。但若存在负能量冲击波，则有望撑开虫洞实现穿越。
基于上述理论，联合研究团队利用谷歌悬铃木量子计算机的9个量子比特，将量子位可视化为波函数。在构建类似SYK的系统时插入量子比特信息，同时在同一量子处理器上观察到从另一SYK系统出现的相同信息，这表明量子比特信息通过量子纠缠构建的虫洞实现了穿越。
尽管本次研究构建的是二维条件下的虫洞，但其动力学过程被认为与二维反西特时空中的量子系统虫洞预期行为高度一致。
在悬铃木量子计算机上，研究团队通过施加负能量冲击波和正能量冲击波，测量不同SYK系统间量子信息的传递量。结果显示，使用负能量冲击波时，传递的量子信息量显著增加。
换言之，量子计算机传输时量子纠缠信息的动力学特征，与量子信息穿越虫洞时的量子动力学特征完全一致。由于该协议对噪声高度敏感，所用量子处理器的高保真度至关重要。
与以往利用量子计算机高比特位运算能力的研究不同，本次实验直接利用量子计算机的量子行为来实现量子传输虫洞。研究团队通过量子计算机构建高度纠缠系统，并直接测量了物理系统的观测数据。
在传统计算机上，研究者只能通过大量计算来模拟这个系统，无法真正创建实验环境。这正是量子计算机的独特优势——除了强大的计算能力，还能为量子动力学行为研究提供实验基础。领导这项研究的粒子物理学家表示，这是在真实实验室平台上对量子引力理论的首次验证。
这项研究成果意义重大，是实验环境中观测可穿越虫洞动力学的成功尝试。相信未来量子计算机将继续超越传统计算机的经典模拟能力，与物理系统规模相匹配，为科学家和公众提供理解物理世界和自然规律的新视角。