科学家正在实验室建立基于黑洞的量子传感器

一个物理学家团队计画建造出一个可运作的虫洞,他们制造出一个黑洞,再制造另一个与其量子缠结(quantum entangled)的黑洞。无论两个黑洞相距多远,当任何事情发生在其中一个黑洞时,另一个黑洞也会受到影响。研究团队藉由此特性建造出量子传感设备。

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虫洞

传统知识告诉我们,没有任何东西能逃脱黑洞极大的重力场,只要通过事件视界,就会迅速掉入黑洞而被摧毁。但根据近年的理论研究,只要将两个黑洞连结在一起形成虫洞,当被编码成量子粒子的信息送到第一个黑洞时,这些量子信息就会出现在第二个虫洞,而不会被摧毁。

也就是说,黑洞会重新创造一个称为「量子传感」(quantum teleportation)的现象。所谓量子传感,是一种利用量子缠结来传送量子态至任意距离的技术。工程师就是使用这个现象来建造量子计算机。

量子传感

科学家已在实验室中多次成功实现量子传感技术,并已被用于在量子设备之间传递加密讯息,但它无法即时传送讯息,因为讯息无法被解码,看起来是随机的,仍需要一些传统机制上的额外信息,这表示这些讯息的传输无法超过光速。因此科学家表示,除了让两个黑洞缠结之外,还需要两个黑洞之间的耦合。

在实验室创造并将实际黑洞连结起来超过现代科学能力所及,但是马里兰大学(University of Maryland)的克里斯多福·门罗教授(Christopher Monroe)及布莱恩·史文格教授(Brian Swingle)认为,他们可以打造如缠结黑洞般表现的量子线路(quantum circuit)。此量子线路是由被电性束缚的离子所组成,这些离子的量子态被缠结在一起,可以模拟出黑洞缠结的现象。

若成功建造出可运作的量子线路,研究人员就能将量子信息输入至其中一个「黑洞」线路,而这个黑洞线路会将讯息编码。不久之后,该信息会以已解密可读取的状态从第二个线路中跳出。此方式与现有的量子传感技术不同,因为现有技术所传输的信息仍被完全打乱,然后需要解密,从而使整个过程更加耗时且准确性更低。这是因为容易出错的量子电脑必须试图重建原始讯息。

实际科学意义

尽管缠结黑洞和虫洞的想法,会让人联想到探险家在宇宙中探险的科幻概念,但事实并非如此。

实际情况上,这是一个改善量子运算技术的方法。加州柏克莱大学(University of California, Berkely)研究人员姚诺曼博士(Norman Yao)表示,重建并使黑洞的奇异特性缠结在一起,就能允许在最快的时间尺度上进行量子传感。这是因为进入其中一个黑洞的任何信息都能快速在粒子之间被分享,也因此藉由与第二个黑洞的缠结,信息也能很快被分享给第二个黑洞。

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