直接提取真空零點能是在造永動機，違背能量守恆定律，現在有人通過從遠處「借用」的方法實現了突破。
這是一件人們無法想象的事，物理學家已經實現用量子等價物從接近真空中憑空變出能量，這一壯舉似乎違背了物理定律和常識。
不是聽起來很吸引人？「你的起點並不重要，但要眼光長遠，了解相鄰學科或互補學科。」施奈爾以安全經濟學的為
「你不能直接從真空中提取能量，因為那裡沒有任何東西，」不列顛哥倫比亞大學的理論物理學家 William Unruh 在描述標準思維方式時說。
但15年前，日本東北大學理論物理學家堀田昌寬（Masahiro Hotta）提出，也許真空實際上可以被誘導輸出一些東西。
起初，許多研究人員忽視了這項工作，懷疑從真空中提取能量的思想是完全不可信的。然而，仔細觀察的人們意識到，堀田暗示的是一種截然不同的量子特技。能量不是免費的，它必須使用在遙遠的地方用能量購買的知識來解鎖。從這個角度來看，堀田昌寬的理論看起來不像是創造，而更像是將能量從一個地方傳送到另一個地方 —— 一個奇怪但不那麼令人反感的想法。
「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。「這是一個美妙的結果。」
在過去的一年裡，研究人員已經在兩個獨立的量子設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形傳態是一種真正的量子現象。
「實驗證明了理論，」麻省理工學院（MIT）的量子物理學家 Seth Lloyd 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形傳態持懷疑態度的人是堀田昌寬本人。
2008年，他開始尋找方法來測量一種稱為「量子糾纏」的特殊量子力學聯繫的強度，其中兩個或多個物體共享一個統一的量子態，即使相距很遠，它們也會以相關的方式表現。糾纏的一個決定性特徵是你必須一舉創造它。你不能通過獨立地擺弄一個對象和另一個對象來設計相關行為，即使你打電話給另一個地方的朋友並告訴他們你做了什麼也不行。
堀田昌寬於2008年提出了量子能量隱形傳態協議
在研究黑洞時，堀田開始懷疑量子理論中的奇異事件「負能量」，可能是測量糾纏的關鍵。黑洞通過發射與其內部糾纏在一起的輻射而收縮，這一過程也可以被視為黑洞吞噬負能量團。堀田指出負能量和糾纏似乎密切相關。為了加強他的論點，他着手證明負能量 —— 比如糾纏 —— 不能通過在不同地點的獨立行動產生。
堀田昌寬驚訝地發現，事實上，一個簡單的事件序列可以導致量子真空變為負值 —— 放棄它似乎沒有的能量。「一開始我以為我搞錯了，」堀田昌寬說道，「所以我又計算了一下，我檢查了我的邏輯。然而我找不到任何破綻。」
問題出在量子真空的奇異性質上，這是一種奇特的虛無，但又無時不接近於存在物質。不確定性原理禁止任何量子系統進入完全零能量的完全安靜狀態。結果是，即使完全的真空也必須總是隨着充滿它的量子場的波動而噼啪作響。這些永無止境的波動使每個場都充滿了一些最低限度的能量，稱為零點能量。物理學家認為，具有這種最小能量的系統處於基態。
處於基態的系統有點像停在丹佛（海拔1.6公里）街頭的汽車。即使它遠高於海平面，也不能再低了。
量子力學中，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，又在短時間內湮滅歸還能量。這些產生的虛粒子的物理效應是可以被測量的，例如，電子的有效電荷與裸電荷不同。從量子電動力學的蘭姆位移與卡西米爾效應，可以觀測到這種效應
堀田昌寬的理論就像找到了一個地下車庫。他意識到，要開啟這扇門，只需要利用量子場中的一種內在糾纏就可以。對永動機有所了解的人都知道，不間斷的真空波動不能用來為其提供動力，因為給定位置的波動完全是隨機的。你想象一下將一個奇特的量子電池連接到真空中，一半的波動會為設備充電，而另一半則會將其耗盡。
但是量子場是糾纏的，一個點的波動往往與另一個點的波動相匹配。早在2008年，堀田發表了一篇論文，概述了兩位量子物理中的老熟人Alice和Bob如何利用量子糾纏從Bob周圍的基態中提取能量。
具體來說，Bob他想給那個奇特的量子電池充電，但他只能滿足真空空間。幸運的是，他的朋友Alice在很遠的地方有一個設備齊全的物理實驗室。Alice在她的實驗室里測量磁場，並注入能量了解其波動。這個實驗使整個場脫離基態，但據Bob所知，他的真空仍處於最低能量狀態，即隨機波動。
但隨後Alice根據自己周圍的變化信息，主要是通知Bob何時插入電池，在Bob閱讀信息後，他可以利用新發現的知識準備實驗，從真空中提取能量，即Alice注入的能量。
滑鐵盧大學的理論物理學家Eduardo Martín-Martínez表示，如果你願意的話，這些信息可以讓Bob對波動進行計時。他還補充說，由於量子場的抽象性質，時間的概念比字面意思更隱喻。
英屬哥倫比亞大學的William Unruh表示，你可以用量子力學做一些奇怪的事情。
在整個實驗中，Bob不能提取比 Alice 輸入更多的能量，因為能量是守恆的。在Alice的文本到達之前，Bob缺乏提取能量的必要知識，所以沒有任何效應的傳播速度超過光速。因此協議沒有違反物理原則。
然而，堀田的出版物遭到了批評，很多人認為只有小說中才會有真空零點能量。但堀田確信他發現了一些東西，繼續自己的想法。後來他得到了Unruh的鼓勵，Unruh因發現另一種奇怪的真空行為而名聲大噪。
堀田還是想方設法對其發現進行測試，之後他結識了東北大學專門研究凝聚態物質的教授游佐剛（Go Yusa）。他們提議在具有類似於電磁場的糾纏基態的半導體系統中進行實驗。
但他們的研究卻一再延誤，在最初的實驗獲得資助後不久，由於自然原因，他們的實驗設備被震壞兩次，如今，他們又一次基本上從零開始。
一次跳躍
堀田曾在 2013 年做過一次演講，這個演講激發了Martín-Martínez的無限想象。Martín-Martínez表示：堀田的思維方式與其他人不同，他是一個很有創意、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」，長期以來他一直被科幻小說邊緣的物理學所吸引。他的夢想是找到在物理上可行的方法來製造蟲洞、曲速引擎和時間機器。這些奇異現象中的每一個都相當於廣義相對論極其適應的方程所允許的奇異時空形狀。但它們也被所謂的能量條件所禁止，著名物理學家羅傑・彭羅斯和斯蒂芬・霍金在廣義相對論之上施加了一些限制，以阻止該理論展現其狂野的一面。
彭羅斯 - 霍金理論體系中最主要的一條是禁止負能量密度。但是，在聽堀田昌寬的介紹時，Martín-Martínez 意識到，低於基態聽起來有點像讓能量變成負能量。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形傳態可以幫助解決他在量子信息領域的一些研究者所面臨的問題，其中包括滑鐵盧的物理學家Raymond Laflamme和Laflamme當時的學生Nayeli Rodríguez-Briones。兩人有一個更實際的目標：採用量子bite，即量子計算機的構建基礎，並使它們儘可能地冷。冷量子比特是可靠的量子比特，但該小組已經遇到了一個理論極限，超過這個極限似乎就不可能再吸出更多的熱量 —— 就像Bob面對一個似乎不可能從中提取能量的真空一樣。
去年，滑鐵盧大學的Raymond Laflamme小組驗證了量子能量隱形傳態協議
在第一次向Laflamme的團隊推介時，Martín-Martínez面臨着許多懷疑的問題。但他們很快變得接受，開始研究量子能量隱形傳態，並在2017年提出了一種方法，將能量從量子比特中轉移出來，使其比任何其他已知程序能做到得更冷。即便如此，「這都是理論，」Martín-Martínez說道。「沒有實驗。」
Martín-Martínez和Rodríguez-Briones以及Laflamme和一位實驗主義者Hemant Katiyar開始着手改變這種狀況。
他們求助於一種稱為核磁共振的技術，該技術使用強大的磁場和無線電脈衝來操縱大分子中原子的量子態。該小組花了幾年時間計劃實驗，然後在疫情期間的幾個月里，Katiyar安排在兩個碳原子之間傳送能量，扮演Alice和Bob的角色。
首先，一系列精細調諧的無線電脈衝將碳原子置於特定的最低能量基態，這兩個原子之間存在糾纏。系統的零點能量由Alice、Bob的初始組合能量和它們之間的糾纏定義。
接下來，他們向Alice和第三個原子發射單個無線電脈衝，同時對Alice的位置進行測量並將信息傳輸到原子「文本消息」。最後，針對Bob和中間原子的另一個脈衝同時將消息傳輸給Bob並在那裡進行測量，從而完成能量「無中生有」。
他們多次重複這個過程，在每一步都進行多次測量，使他們能夠在整個過程中重建三個原子的量子特性。最後，他們計算出Bob碳原子的平均能量下降，可知能量被提取並釋放到環境中。儘管Bob原子總是以基態開始，但還是發生了這種情況。從開始到結束，該協議只用了不超過37毫秒。要不是能量從分子的一側傳播到另一側，通常需要20多倍的時間 —— 接近一整秒。Alice消耗的能量使Bob能夠解鎖其他方式無法獲得的能量。
「看到利用目前的技術可以觀察到能量的激活，這真是太棒了，」現就職於加州大學伯克利分校的Rodríguez-Briones說道。他們在2022年3月發布的預印版論文《Experimental activation of strong local passive states with quantum information》中描述了量子能量隱形傳態的首次演示，該研究已被物理學頂刊《Physical Review Letters》（PRL）接收發表。
Nayeli Rodríguez-Briones認為這些系統可用於研究量子系統中的熱、能量和糾纏
第二次演示將在十個月後進行。
聖誕節前幾天，石溪大學的量子計算研究員Kazuki Ikeda正在觀看一個提到無線能量傳輸的YouTube視頻。他想知道是否可以用量子力學來完成類似的事情。然後，他想起了堀田昌寬的工作 —— 在東北大學讀本科時堀田曾是他的教授之一 —— 並意識到他可以在IBM的量子計算平台上運行量子能量隱形傳態協議。
在接下來的幾天裡，他編寫並遠程執行了這樣一個程序。實驗證實Bob量子比特下降到其基態能量以下。到1月7日，他已經在預印版論文《First Realization of Quantum Energy Teleportation on Superconducting Quantum Hardware》中發布了他的結果。
在堀田昌寬首次描述能量傳送近15年後，相隔不到一年的兩次簡單演示證明了這是可能的。
「實驗論文做得很好，」Lloyd表示。「我有點驚訝於沒有人更早做到這一點。」
科幻的夢想
然而，堀田昌寬還沒有完全滿意。
他稱讚這些實驗是重要的第一步。但他將它們視為量子模擬，因為其糾纏行為被編程為基態 —— 通過無線電脈衝或通過IBM設備中的量子操作實現。他希望人們最終能從一個系統中獲取零點能量，該系統的基態自然具有糾纏的特徵，就像瀰漫在宇宙中的基本量子場一樣。
為此，堀田昌寬和游佐剛正在推進他們最初的實驗。在接下來的幾年裡，他們希望在具有本質糾纏基態的邊緣電流的硅表面展示量子能量隱形傳態 —— 一個行為更接近電磁場的系統。
與此同時，對於能量隱形傳態的好處，每位物理學家都有自己的看法。Rodríguez-Briones懷疑，除了幫助穩定量子計算機外，它還將繼續在量子系統中的熱、能量和糾纏研究中發揮重要作用。1月下旬，池田發表了另一篇論文，詳細介紹了如何將能量傳送到新生的量子互聯網中。
Martín-Martínez也在繼續追逐他的科幻夢想。他與Perimeter Institute廣義相對論模擬專家Erik Schnetter合作，希望準確計算時空對特定負能量排列的反應。
一些研究人員發現他的探索很有趣。「這是一個值得稱讚的目標，」Lloyd笑着說。「從某種意義上說，不對此進行跟進在科學上是不負責任的。負能量密度具有非常重要的意義。」
其他人警告說，從負能量到奇異時空形狀的道路是曲折且不確定的。「我們對量子關聯的直覺仍在發展中，」Unruh說道。「一旦能夠進行計算，人們就會不斷對實際情況感到驚訝。」
對於堀田昌寬而言，他並沒有花太多時間思考雕刻時空。現在讓他感到高興的是，他從2008年開始的量子關聯計算已經建立了真正的物理現象。
「這是真實的物理學，」堀田昌寬說道，「不是科幻小說。」
參考內容：
https://www.quantamagazine.org/physicists-use-quantum-mechanics-to-pull-energy-out-of-nothing-20230222/
https://arxiv.org/abs/2203.16269
https://arxiv.org/abs/2301.02666
未來智能實驗室的主要工作包括：建立AI智能系統智商評測體系，開展世界人工智能智商評測；開展互聯網（城市）大腦研究計劃，構建互聯網（城市）大腦技術和企業圖譜，為提升企業，行業與城市的智能水平服務。
-[來源:量子雜誌、機器之心*作者:Charlie Wood/來源:人工智能學家]
