“量子魔法”或可实现能量“瞬移”

本文转自：参考消息

参考消息网3月12日报道 据《日本经济新闻》3月10日报道，能量瞬间出现在空无一物的场所，听起来好像是科幻小说的桥段，但利用神秘的“量子”行为可以实现这一点的理论正在引起人们的关注。一项名为量子能量传态(QET)的研究在2022年取得成功，未来这可能成为量子计算机投入实际使用不可或缺的技术。

“就像是变魔术一样，看起来像是在从真空中提取能量。”最初发表QET理论的日本东北大学理论物理学家堀田昌宽说。这一理论来自堀田在2008年发表的论文，并在2022年获得实证后迅速引起巨大关注。

美国在线出版物《量子杂志》将QET的演示与引力波观测一同列入2023年出现的物理学突破，并将其称之为“量子魔法”。尽管在处于基础实验阶段的当下仅仅移动了很少的热，但对于今后的应用，堀田认为“量子计算机的热管理可能会是一个大有可为的方向”。

QET利用的是一种被称为“量子纠缠”的神秘现象，在这种现象中，遥远的粒子彼此能够相互作用。一种名为“量子隐形传态”的技术能够利用量子纠缠将信息传输到遥远的地方，QET与这种技术类似，但传输的是能量而不是信息。

依据量子力学的基本规律——不确定性原理，真空常常是波动的。由于波动，即使在绝对零度且不存在物质的情况下，能量也不会为零，结论就是能量存在相应的波动。

假设有A与B两个引发量子纠缠的物质，二者都处于极低温的真空中，乍看上去没有能量，但实际上无论是A还是B都在波动。而且由于量子纠缠，这种波动是相互关联的。

当用光观察A时，A中的能量随着来自光的一部分能量的进入而变化，我们将其视为能量输入。再看B，观察之前能量的变化是未知的。但是如果A将观察方法告知B，同时基于该信息操纵B，由于A和B处于量子纠缠状态，那么B的能量状态就会发生变化，从而可以提取能量。所以看起来就会呈现出“瞬间移动”的结果。

加拿大滑铁卢大学和美国纽约州立大学石溪分校分别于2022年3月和2023年1月对QET进行了演示。在美国的研究中还使用了IBM的量子计算机。

这台量子计算机利用低温超导证实，其中两个量子比特之间能够进行能源的输出入。当人们发现使用量子计算机能够轻松进行测试后，研究活动开始升温。在石溪校区推动实验的池田一毅说：“量子计算机能够制造量子状态，在看到堀田先生的论文后我马上意识到可以使用量子计算机参与演示活动。”

堀田也开始了他在东北大学的实证研究。在两所海外院校此前进行的研究中，QET转移的能量以热的形式消散，而在东北大学，堀田与游佐刚教授等人一道尝试将用QET转移的热转化为电流进行提取。他们力争在2025年之后进行演示。

由于QET转移的能量的量还很有限，看起来只能在某些物质内部移动极短的距离。按照堀田所说，必须保持输入方与输出方之间的量子状态，所以可能只存在于真空状态下的量子器件中。如果有什么方法能够在保持真空状态的同时在遥远的物质之间产生量子纠缠，那么该技术的应用范围可能会大大拓展。

据说，QET的研究还将有助于阐明早期宇宙的理论。QET中发生的能量流入真空、扭曲空间并积累的现象与解释宇宙诞生时刻的“膨胀理论”类似。它还有可能作为再现黑洞的模拟器使用。虽然实际应用可能还需要数十年的时间，但梦想无止境。（编译/刘林）