直接提取真空零點能是在造永動機，違反能量守恒定理，如今有人通過從遠處「借用」的方式實現(xiàn)了突破。
這是一件人們難以想像的事，化學(xué)學(xué)家早已實現(xiàn)用量子等價物從接近真空中陡然變出能量，這一創(chuàng)舉其實違反了數(shù)學(xué)定理和常識。
「你不能直接從真空中提取能量，由于那兒沒有任何東西，」不列顛羅馬尼亞學(xué)院的理論化學(xué)學(xué)家Unruh在描述標準思維方法時說。
但15年前，臺灣西南學(xué)院理論化學(xué)學(xué)家堀田昌寬（Hotta）提出，其實真空實際上可以被誘導(dǎo)輸出一些東西。
原本，許多研究人員忽略了這項工作，懷疑從真空中提取能量的思想是完全不可信的。但是，仔細觀察的人們意識到，堀田暗示的是一種迥然不同的量子特技。能量不是免費的，它必須使用在遙遠的地方用能量訂購的知識來解鎖。從這個角度來看，堀田昌寬的理論看上去不像是創(chuàng)造，而更像是將能量從一個地方傳送到另一個地方——一個奇怪但不這么令人厭惡的看法。
「這真是一個驚喜，」Unruh表示，他曾與堀田昌寬合作但沒有參與能量傳送研究。「這是一個美妙的結(jié)果。」
在過去的一年里，研究人員早已在兩個獨立的量子設(shè)備中跨越微觀距離傳送能量，證明了堀田昌寬的理論。這項研究幾乎沒有讓人懷疑能量隱型傳態(tài)是一種真正的量子現(xiàn)象。
「實驗證明了理論，」麻省理工大學(xué)（MIT）的量子化學(xué)學(xué)家SethLloyd表示。「你實際上是在傳送，你在抽取能量。」
量子貨幣
第一個對量子能量隱型傳態(tài)持懷疑心態(tài)的人是堀田昌寬本人。
2008年，他開始找尋方式來檢測一種稱為「量子糾纏」的特殊量子熱學(xué)聯(lián)系的硬度，其中兩個或多個物體共享一個統(tǒng)一的量子態(tài)，雖然相距很遠，它們也會以相關(guān)的形式表現(xiàn)。糾纏的一個決定性特點是你必須一舉創(chuàng)造它。你不能通過獨立地撫弄一個對象和另一個對象來設(shè)計相關(guān)行為，就算你打電話給另一個地方的同學(xué)并告訴她們你做了哪些也不行。
堀田昌寬于2008年提出了量子能量隱型傳態(tài)合同。
在研究黑洞時，堀田開始懷疑量子理論中的奇特風(fēng)波「負能量」，可能是檢測糾纏的關(guān)鍵。黑洞通過發(fā)射與其內(nèi)部糾纏在一起的幅射而收縮，這一過程也可以被視為黑洞吞噬負能量團。堀田強調(diào)負能量和糾纏雖然密切相關(guān)。為了強化他的論據(jù)，他著手證明負能量——比如糾纏——不能通過在不同地點的獨立行動形成。
堀田昌寬吃驚地發(fā)覺，事實上，一個簡單的風(fēng)波序列可以造成量子真空變?yōu)樨撝怠艞壦m然沒有的能量。「一開始我以為我弄錯了，」堀田昌寬說道量子物理三大理論，「所以我又估算了一下，我檢測了我的邏輯。但是我找不到任何紕漏。」
問題出在量子真空的奇特性質(zhì)上，這是一種獨特的虛無，但又無時不接近于存在物質(zhì)。不確定性原理嚴禁任何量子系統(tǒng)步入完全零能量的完全安靜狀態(tài)。結(jié)果是，雖然完全的真空也必須總是隨著飽含它的量子場的波動而砰砰翻飛。那些永無止境的波動使每位場都飽含了一些最低限度的能量，稱為零點能量。化學(xué)學(xué)家覺得，具有這些最小能量的系統(tǒng)處于能級。
處于能級的系統(tǒng)有點像停在丹佛（海拔1.6公里）街頭的車輛。雖然它遠低于海平面，也不能再低了。
量子熱學(xué)中，量子漲落在空間生成由粒子和反粒子組成的虛粒子對。粒子對借取能量而生成，又在短時間內(nèi)湮沒歸還能量。這種形成的虛粒子的化學(xué)效應(yīng)是可以被檢測的，比如，電子的有效電荷與裸電荷不同。從量子電動熱學(xué)的蘭姆位移與卡西米爾效應(yīng)，可以觀測到這些效應(yīng)。
堀田昌寬的理論如同找到了一個地下車庫。他意識到，要開啟這扇門，只須要借助量子場中的一種內(nèi)在糾纏就可以。對永動機有所了解的人都曉得，不間斷的真空波動不能拿來為其提供動力，由于給定位置的波動完全是隨機的。你想像一下將一個獨特的量子電瓶聯(lián)接到真空中，一半的波動會為設(shè)備充電，而另一半則會將其用盡。
然而量子場是糾纏的，一個點的波動常常與另一個點的波動相匹配。早在2008年，堀田發(fā)表了一篇論文，概述了兩位量子化學(xué)中的老熟人Alice和Bob怎么利藥量子糾纏從Bob周圍的能級中提取能量。
具體來說，Bob他想給哪個獨特的量子電瓶充電，但他只能滿足真空空間。辛運的是，他的同事Alice在很遠的地方有一個設(shè)備齊全的數(shù)學(xué)實驗室。Alice在她的實驗室里檢測磁場，并注入能量了解其波動。這個實驗使整個場脫離能級，但據(jù)Bob所知量子物理三大理論，他的真空仍處于最低能量狀態(tài)，即隨機波動。
但隨即Alice按照自己周圍的變化信息，主要是通知Bob何時插入電板，在Bob閱讀信息后，他可以借助新發(fā)覺的知識打算實驗，從真空中提取能量，即Alice注入的能量。
滑鐵盧學(xué)院的理論化學(xué)學(xué)家Martín-Martínez表示，假如你樂意的話，這種信息可以讓Bob對波動進行計時。他還補充說，因為量子場的具象性質(zhì)，時間的概念比字面意思更圖式。
英屬洪都拉斯學(xué)院的Unruh表示，你可以藥量子力學(xué)做一些奇怪的事情。
在整個實驗中，Bob不能提取比Alice輸入更多的能量，由于能量是守恒的。在Alice的文本抵達之前，Bob缺少提取能量的必要知識，所以沒有任何效應(yīng)的傳播速率超過光速。因而合同沒有違背化學(xué)原則。
但是，堀田的出版物受到了批評，好多人覺得只有小說中才能有真空零點能量。但堀田確信他發(fā)覺了一些東西，繼續(xù)自己的看法。后來他得到了Unruh的鼓勵，Unruh因發(fā)覺另一種奇怪的真空行為而聲譽大噪。
堀田還是想方設(shè)法對其發(fā)覺進行測試，然后他結(jié)交了西南學(xué)院專門研究匯聚態(tài)物質(zhì)的院長游佐剛（GoYusa）。她們提議在具有類似于電磁場的糾纏能級的半導(dǎo)體系統(tǒng)中進行實驗。
但她們的研究卻一再延誤，在最初的實驗獲得捐助后不久，因為自然緣由，她們的實驗設(shè)備被震壞兩次，現(xiàn)在，她們又一次基本上從零開始。
一次跳躍
堀田曾在2013年做過一次講演，這個講演迸發(fā)了Martín-Martínez的無限想像。Martín-Martínez表示：堀田的思維方法與其他人不同，他是一個很有創(chuàng)意、想到就要付諸行動的人。
IBM的量子計算機。
Martín-Martínez半認真地將自己定位為「時空工程師」，常年以來他仍然被懸疑小說邊沿的數(shù)學(xué)學(xué)所吸引。他的夢想是找到在數(shù)學(xué)上可行的方式來制造蟲洞、曲速引擎和時間機器。這種奇特現(xiàn)象中的每一個都相當于廣義相對論非常適應(yīng)的多項式所容許的奇特時空形狀。但它們也被所謂的能量條件所嚴禁，著名化學(xué)學(xué)家羅杰?彭羅斯和斯蒂芬?霍金在廣義相對論之上施加了一些限制，以制止該理論詮釋其野性的一面。
彭羅斯-霍金理論體系中最主要的一條是嚴禁負能量密度。并且，在聽堀田昌寬的介紹時，Martín-Martínez意識到，高于能級聽上去有點像讓能量弄成負能量。這個概念對星際迷航的粉絲來說很有趣，他一頭扎進了堀田的論文中。
他很快意識到能量隱型傳態(tài)可以幫助解決他在量子信息領(lǐng)域的一些研究者所面臨的問題，其中包括滑鐵盧的化學(xué)學(xué)家和當時的中學(xué)生Rodríguez-。二人有一個更實際的目標：采用量子bite，即量子計算機的建立基礎(chǔ)，并使它們盡可能地冷。冷量子比特是可靠的量子比特，但該小組早已遇見了一個理論極限，超過這個極限恐怕就不可能再吸出更多的熱量——就像Bob面對一個雖然不可能從中提取能量的真空一樣。
今年，滑鐵盧學(xué)院的小組驗證了量子能量隱型傳態(tài)合同。
在第一次向的團隊推介時，Martín-Martínez面臨著許多懷疑的問題。但她們很快顯得接受，開始研究量子能量隱型傳態(tài)，并在2017年提出了一種方式，將能量從量子比特中轉(zhuǎn)移下來，使其比任何其他已知程序能做到得更冷。雖然這么，「這都是理論，」Martín-Martínez說道。「沒有實驗。」
Martín-Martínez和Rodríguez-以及和一位實驗主義者開始著手改變這些狀況。
她們求救于一種稱為核磁共振的技術(shù)，該技術(shù)使用強悍的磁場和無線電脈沖來操縱大分子中原子的量子態(tài)。該小組花了幾年時間計劃實驗，之后在疫情期間的幾個月里，安排在兩個碳原子之間傳送能量，飾演Alice和Bob的角色。
首先，一系列精細調(diào)諧的無線電脈沖將碳原子放在特定的最低能量能級，這兩個原子之間存在糾纏。系統(tǒng)的零點能量由Alice、Bob的初始組合能量和它們之間的糾纏定義。
接出來，她們向Alice和第三個原子發(fā)射單個無線電脈沖，同時對Alice的位置進行檢測并將信息傳輸?shù)皆印肝谋鞠ⅰ埂Ｗ詈螅槍ob和中間原子的另一個脈沖同時將消息傳輸給Bob并在那兒進行檢測，進而完成能量「無中生有」。
她們多次重復(fù)這個過程，在每一步都進行多次檢測，使她們能否在整個過程中重建三個原子的量子特點。最后，她們估算出Bob碳原子的平均能量升高，可知能量被提取并釋放到環(huán)境中。雖然Bob原子總是以能級開始，但還是發(fā)生了此類情況。從開始到結(jié)束，該合同只用了不超過37納秒。要不是能量從分子的右側(cè)傳播到另左側(cè)，一般須要20多倍的時間——接近一整秒。Alice消耗的能量使Bob才能解鎖其他方法難以獲得的能量。
「看到借助目前的技術(shù)可以觀察到能量的激活，這真是太棒了，」現(xiàn)就職于加洲學(xué)院伯克利校區(qū)的Rodríguez-說道。她們在2022年3月發(fā)布的預(yù)印版論文《oflocalwith》中描述了量子能量隱型傳態(tài)的首次演示，該研究已被數(shù)學(xué)學(xué)頂刊《》（PRL）接收發(fā)表。
Rodríguez-覺得這種系統(tǒng)可用于研究量子系統(tǒng)中的熱、能量和糾纏。
第二次演示將在十個月后進行。
新年節(jié)前幾天，石溪學(xué)院的量子估算研究員Ikeda正在觀看一個提及無線能量傳輸?shù)囊曨l。他想曉得是否可以藥量子力學(xué)來完成類似的事情。之后，他想起了堀田昌寬的工作——在西南學(xué)院讀大專時堀田曾是他的院士之一——并意識到他可以在IBM的量子估算平臺上運行量子能量隱型傳態(tài)合同。
在接出來的幾天里，他編撰并遠程執(zhí)行了這樣一個程序。實驗否認Bob量子比特增長到其能級能量以下。到1月7日，他早已在預(yù)印版論文《Firstofon》中發(fā)布了他的結(jié)果。
在堀田昌寬首次描述能量傳送近15年后，相隔不到一年的兩次簡單演示證明了這是可能的。
「實驗論文做得挺好，」Lloyd表示。「我有點錯愕于沒有人更早做到這一點。」
懸疑的夢想
但是，堀田昌寬還沒有完全滿意。
他贊揚那些實驗是重要的第一步。但他將它們視為量子模擬，由于其糾纏行為被編程為能級——通過無線電脈沖或通過IBM設(shè)備中的量子操作實現(xiàn)。他希望人們最終能從一個系統(tǒng)中獲取零點能量，該系統(tǒng)的能級自然具有糾纏的特點，如同彌漫在宇宙中的基本量子場一樣。
因此，堀田昌寬和游佐剛正在推動她們最初的實驗。在接出來的幾年里，她們希望在具有本質(zhì)糾纏能級的邊沿電壓的硅表面展示量子能量隱型傳態(tài)——一個行為更接近電磁場的系統(tǒng)。
與此同時，對于能量隱型傳態(tài)的益處，每個化學(xué)學(xué)家都有自己的想法。Rodríguez-懷疑，不僅幫助穩(wěn)定量子計算機外，它還將繼續(xù)在量子系統(tǒng)中的熱、能量和糾纏研究中發(fā)揮重要作用。1月上旬，池田發(fā)表了另一篇論文，詳盡介紹了怎樣將能量傳送到新生的量子互聯(lián)網(wǎng)中。
Martín-Martínez也在繼續(xù)追逐他的懸疑夢想。他與廣義相對論模擬專家Erik合作，希望確切估算時空對特定負能量排列的反應(yīng)。
一些研究人員發(fā)覺他的探求很有趣。「這是一個值得贊揚的目標，」Lloyd笑著說。「從某種意義上說，不對此進行跟進在科學(xué)上是不負責任的。負能量密度具有極其重要的意義。」
其他人警告說，從負能量到奇特時空形狀的公路是坎坷且不確定的。「我們對量子關(guān)聯(lián)的直覺仍在發(fā)展中，」Unruh說道。「一旦才能進行估算，人們還會不斷對實際情況倍感欣慰。」
對于堀田昌寬而言，他并沒有花太多時間思索精雕時空。如今讓他倍感高興的是，他從2008年開始的量子關(guān)聯(lián)估算早已構(gòu)建了真正的化學(xué)現(xiàn)象。
「這是真實的數(shù)學(xué)學(xué)，」堀田昌寬說道，「不是懸疑小說。」
參考內(nèi)容：