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沐鸣平台登陆线路量子技术如何突出数学与物理的神秘联系

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为什么纯数学可以揭示如此多的物理世界的本质,这一直是个谜。
 
反物质是在被宇宙射线探测到之前,在保罗·狄拉克的方程中发现的。夸克出现在默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)几年前在餐巾纸上勾画的符号中,后来才被实验证实。爱因斯坦的引力方程表明,沐鸣平台登陆线路在埃德温·哈勃(Edwin Hubble)提供证据之前十年,宇宙就在膨胀。在巨型仪器探测到引力波之前整整一个世纪,爱因斯坦的数学也预测到了引力波。
 
诺贝尔奖得主、物理学家尤金·维格纳(Eugene Wigner)将数学的神秘力量称为“数学在自然科学中不合理的有效性”。不知何故,维格纳说,设计用来解释已知现象的数学包含了尚未经历过的现象的线索——数学给出的比输入的要多。维格纳在1960年写道:“数学在自然科学中的巨大作用近乎神秘……对此没有合理的解释。”
 
但也许有一个新的线索可以解释这个解释。也许数学描述物理世界的独特力量与物理世界也与数学有关这一事实有关。
 
至少,这是一篇新论文可以想象得出的结论,它震惊了数学、计算机科学和量子物理学相互关联的世界。
 
在一份长达165页的极其复杂的论文中,计算机科学家季正峰和他的同事们提出了一个深入到数学、计算以及它们与现实联系等深层问题核心的结果。它是一个验证非常复杂的数学命题的解的过程,甚至是一些被认为是不可能解决的问题。从本质上讲,这一新发现证明了无穷大和几乎无穷大之间的巨大鸿沟,对某些备受关注的数学问题具有重大意义。事实证明,要看到这个深渊,需要量子物理学的神秘力量。
 
每个人都知道有些数学问题很难解决(至少没有无限的时间),但是提出的解决方案很容易被验证。假设有人声称知道这么一个难题的答案。他们的证据太长,无法逐行核对。你能仅仅通过问那个人(“证实者”)一些问题来验证答案吗?有时,是的。但对于非常复杂的证明,可能不是。如果有两个证明者,他们都有证据,问他们一些问题可能会让你验证证明是正确的(至少有很高的可能性)。不过,这里有一个陷阱——必须把提供信息的人分开,这样他们就无法交流,因此他们会串通好如何回答你的问题。(这种方法称为MIP,用于多验证器交互证明。)
 
在没有实际看到的情况下验证一个证明并不是一个奇怪的概念。有很多例子可以说明证明者如何在不告诉你答案的情况下说服你他们知道问题的答案。例如,编码秘密消息的标准方法依赖于使用一个非常大的数字(可能有几百个数字那么长)来编码消息。只有知道质数因子的人,才能把它解码,这些质数因子相乘后,会产生一个非常大的数字。即使有大量的超级计算机,也不可能计算出这些质数(在宇宙存在的时间内)。所以如果有人能破译你的信息,他们已经向你证明了他们知道质数,而不需要告诉你它们是什么。
 
不过,有一天,利用未来一代的量子计算机,计算这些质数可能是可行的。今天的量子计算机相对来说还很初级,但从原理上讲,一个先进的模型可以通过计算超级大数的质因数来破解密码。
 
这种力量,至少在某种程度上,来自于被称为量子纠缠的奇怪现象。同样的,量子纠缠也增强了MIP验证器的能力。通过共享无限数量的量子纠缠,MIP验证器可以验证比非量子MIP验证器复杂得多的证明。
必须指出的是,纠缠态就是爱因斯坦所说的“幽灵般的远距离作用”。“但这不是远距离的行动,沐鸣平台登陆线路而且看起来很恐怖。量子粒子(比如光子,光的粒子)有一个共同的起源(比如,它们都是由单个原子产生的),它们之间有一个量子连接,即使它们相距很远,也可以将对它们进行的某些测量的结果联系起来。它可能很神秘,但不是魔法。这是物理。
 
假设两个探测器共享一个纠缠光子对。他们可以使验证者相信他们对某些问题有有效的证明。但对于一类非常复杂的大范围问题,这种方法只有在纠缠粒子的供应是无限的情况下才有效。大量的纠缠是不够的。它必须是无限的。一个巨大但有限的纠缠甚至不能接近无限数量的纠缠的力量。
 
正如艾米丽·科诺弗在她为《科学新闻》撰写的报告中所解释的那样,这一发现证明了一些被广泛相信的数学猜想是错误的。其中一个问题被称为Tsirelson问题,它特别指出,足够多的纠缠可以近似于无限数量的纠缠。钱瑞森的问题在数学上等价于另一个开放问题,即所谓的康尼斯嵌入猜想,它与运算符的代数有关,运算符是量子力学中用来表示可观测量的数学表达式。
 
驳倒了康尼斯猜想,证明了MIP加纠缠可以用来验证极其复杂的证明,震惊了数学界的许多人。(一位专家听到这个消息后,把他的粪便比作砖头。)但这项新工作不太可能对日常生活产生任何直接影响。首先,无所不知的证明者并不存在,如果他们存在,他们很可能是未来的超级人工智能量子计算机,具有无限的计算能力(更不用说深不可测的能源供应)。在《星际迷航》的那个世纪,没人知道怎么做。
 
不过,对这一发现的追求很可能会对数学、计算机科学和量子物理产生更深远的影响。
 
就像计算机科学理论家斯科特·阿伦森在他的博客中提到的那样,这可能不会对解释量子力学的最佳方式的争议带来任何启发。但也许它可以提供一些关于无限本质的线索。这也许是件好事,也许能说明无穷在现实中扮演着有意义的角色,还是仅仅是数学上的理想化。
 
在另一个层面上,这项新研究提出了一个关于数学和物理世界之间关系的有趣观点。量子纠缠是一种(令人惊讶的)物理现象,它的存在在某种程度上让数学家们能够解决一些看起来是严格的数学问题。想知道为什么物理可以帮助数学可能和思考数学在帮助物理方面的不合理的有效性一样有趣。也许有一天其中一个会解释另一个。