http://www.physorg.com/news134303818.html
July 03, 2008
By Lisa Zyga
黑洞與（量子）糾結的粒子有何共通之處？直到大約一年前，物理學家都還認為這二種實體存在於完全分離的世界中。接著，在 2007 年，來自於 Imperial College London 的物理學家 Michael Duff 證明了三個量子位元（qubits）的糾結與一個黑洞的熵（entropy）之間的相關性。在過去一年，數個研究已證明甚至有更多連結。
最近，Duff 與來自於 Imperial College London 與伊朗德黑蘭基礎科學研究所的同僚發現了另一種相關性。他們證明弦論中的「膜（branes）」與量子資訊論當中的量子位元在數學上相關。他們的一就發表在最近一期 Physical Review Letters 上。
"黑洞與量子位元之間的關係仍有許多謎，" Duff 說。"這篇論文的重要性在於，藉由引起（invoking）膜繞著額外的維度包裹，它解開了為何黑洞應當顯示二值性（two-valuedness）的任何一種：「要裹，還是不裹；那是這個量子位元（To wrap or not to wrap; that is the qubit）」。"
在弦論中，那需要額外的維度，膜是理論性的物體，那可以在一個量子尺度下描述部份的宇宙。例如，黑洞能透過 4 個 D3-膜 在一角度下相交來描述，這對於理解黑洞熵（black hole entropy）微小起源相當有用。
在當前的研究中，研究者證明四個 D3-膜 也能夠以某種方式（那與糾結的 三量子位元狀態十分相似）繞著六個額外的空間維度包裹（那存在於十維的弦論中）。如同物理學家所解釋，每個 D3-膜 能以一種方式或其他纏繞維度的方式包裹，類似一個量子位元能擁有的二種狀態。
研究者證明，在 M2-膜（那能夠以三種方式的其中一種包裹維度）與量子三元（qutrits，那有三種可能的狀態）之間存有一種類似的相關性。
為了在數學上證明這種連結，這些物理學家利用了一個來自於量子資訊論的、眾所皆知的事實：一個三量子位元態能以五個參數描述（四個實數與一個角度）。他們證明這五個參數如何相應於四個 D3-膜 以及膜的相交角度。
最近一年在「量子糾結與黑洞（或量子重力）之間的相關性」這個主題上，這項研究為數量愈來愈多的論文增添了一筆。如同物理學家們所描述，這些論文建構了某種字典，在某一種語言中的現象與另一種當中的現象之間進行翻譯。
"當二種非常不同的物理領域共享相同的數學時，某人可從另一個借用技巧，來學習關於每個領域的新東西，" Duff 說。"這是一種雙向的成功（pay-off），而我們有把握，仍有更多相關性將會被發現。"
然而，沒人知道，這裡是否有任何物理理由構成這些數學巧合的基礎。如同 Duff 所說，"一個位於其下的物理基礎，假使存在，將會是個額外的獎勵。"
儘管如此，了解數學相關性將足以在量子資訊論中產生某些有趣的應用。
"一種不可思議的數字稱為「八元數（octonions，見「維基大典」精論：http://zh-classical.wikipedia.org/wiki/%E5%85%AB%E5%85%83%E6%95%B8）」讓數學家與物理學家著迷了數十年，" Duff 說。"但是在他們最近的書中，Roger Penrose 與 Ray Streater 將它們貶為「在物理中失去起因」，因為他們到目前為止都無法發現任何應用。然而，我們相信七量子位元的三重糾結（靈感得自繩狀黑洞）提供了一種在實驗室試驗八元數的方式，而且這也許能在 QI 中發現應用，例如：密碼學。"
※ 相關報導：
＊ Wrapped Branes as Qubits
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e251602
Borsten, L.; Dahanayake, D.; Duff, M. J.; Ebrahim, H.;
and Rubens, W.
Phys. Rev. Lett. 100, 251602 (2008)
doi: 10.1103/PhysRevLett.100.251602
＊ 弦論地景新解：膜的穿隧
＊ 衝浪老兄的萬有理論讓物理學家驚嘆
＊ 物理學家與工程師尋找「新次元」
＊ 石墨薄片讓人一瞥宇宙的基礎
＊ 大霹靂之前：攣生宇宙？
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