一个研究团队通过电路实验来探索引力的量子属性，旨在推动理论物理和信号处理技术的发展。

来自量子材料卓越集群（Cluster of Excellence ct.qmat）的科学家们已经开发了一种在实验室中对量子引力的中心理论进行建模的方法。他们的目标：解开量子世界中以前无法解释的现象。

理解量子引力：弥合鸿沟

对于物理学家来说，重力已不再是个谜——至少当涉及到长距离时：得益于科学，我们可以计算行星的轨道，预测潮汐，并精确地将火箭送入太空。然而，在描述最小的粒子——即所谓的量子级别时，重力的理论描述就达到了其极限。

“为了解释大爆炸或黑洞的内部，我们必须了解引力的量子特性，”德国巴伐利亚州维尔茨堡大学（JMU）理论物理III系主任约翰娜·埃尔德曼格教授解释说。“在非常高的能量下，引力的经典定律会失效。因此，我们的目标是为新理论的发展做出贡献，这些理论可以解释所有尺度（包括量子层面）上的引力。”

AdS/CFT对应在量子引力中的作用

“AdS/CFT对应”，即量子引力的中心理论，在新模型的发展中发挥着重要作用。它表明，高维空间中的复杂引力理论可以由该空间边界上更简单的量子理论来描述。

【解释：“AdS”代表“Anti-de-Sitter”，是一种向内弯曲的特殊时空，类似于双曲线。“CFT”代表“共形场论”，一种描述量子物理系统的理论，该系统在所有空间距离上的属性都是相同的。】

“这听起来很复杂，但其实很容易解释，”埃德门格说。“AdS/CFT对应原理使我们能够使用更简单的数学模型来理解复杂的引力过程，比如量子世界中的过程。其核心是一个弯曲的时空，可以想象成一个漏斗。该原理表明，漏斗边缘的量子动力学必须与漏斗内部更复杂的动力学相对应——类似于钞票上的全息图，尽管它本身只有二维，但却能产生三维图像。”

量子引力的实验方法

Erdmenger 及其团队现已开发出一种实验测试先前未经证实的 AdS/CFT 对应预测的方法：使用分支电路来模拟弯曲时空——电路中各个分支点的电信号对应于在时空不同点将发现的引力动力学。研究团队的理论计算表明，在所提出的电路中，模拟时空边缘的动力学也对应于内部的动力学——因此，电路的设计实现了 AdS/CFT 对应性的核心预测。

通过量子实验推动技术发展

作为下一步，维尔茨堡研究小组现在计划将研究中描述的实验装置付诸实践。除了引力研究取得重大进展外，这还可能带来技术创新。“我们的电路也开辟了新的技术应用，”Erdmenger解释说。“基于量子技术，它们有望以较低的损耗传输电信号，因为模拟的空间曲率会捆绑和稳定信号。这将是人工智能神经网络信号传输的一项突破。”

加拿大阿尔伯塔大学、德国德累斯顿的马克斯·普朗克复杂系统物理研究所、美国塔斯卡卢萨阿拉巴马大学以及德国维尔茨堡大学理论物理I系均作为合作伙伴参与了此次国际研究。维尔茨堡-德累斯顿“ct.qmat-量子材料中的复杂性和拓扑结构”卓越集群为该研究提供了资金支持。

参考文献：桑塔努·戴伊、安法尼·陈、巴布罗·巴斯泰罗、亚历山大·弗里茨舍、马丁·格雷特、马蒂亚斯·卡明斯基、帕特里克·M·伦根哈格、勒内·迈耶、里卡多·索贝洛、亚历山大·斯特格迈尔、罗尼·托马尔、约翰娜·厄德曼格和伊戈尔·博特彻于2024年8月9日在《物理评论快报》上发表的“在双曲格点上模拟全息共形场论”。DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.061603