物理学也要被AI攻陷了？5道20多年量子公开问题被突破

量子信息科学是一门研究如何利用量子力学特殊规律来存储、处理和传输信息的学科，它试图突破传统计算机的算力天花板，并探索更安全的通信方式。就在最近，一家名为Physical Superintelligence（物理超级智能，简称PSI）的神秘公司宣布，他们借助自研AI科研系统，在量子信息理论的5个开放问题上取得了突破性进展，相关论文、Lean形式化证明和验证代码均已公开在GitHub上，供全球学者审查。

PSI成立至今还不到两个月。他们挑战的这五道难题，全部出自已有27年历史的开放量子问题（OQP，Open Quantum Problems）目录。该目录由德国物理学家Reinhard Werner于1999年建立，专门收集量子信息学界长期悬而未决的重要研究问题。PSI这次的成果横跨纠缠提纯、量子场论、高维量子通信、量子信道容量与量子因果律五个核心方向，具体包括：

• OQP 2：负偏转置态的纠缠不可蒸馏性
• OQP 12：真空纠缠与贝尔不等式
• OQP 27：CGLMP贝尔不等式的最优测量
• OQP 38：PPT平方猜想与纠缠破坏
• OQP 43：量子因果过程的可纯化性

OQP 2：负偏转置态的纠缠“不可蒸馏”之谜

纠缠蒸馏是量子通信中的核心技术，它允许从大量弱纠缠态中提取出少数高保真的纠缠对。然而OQP 2问的是：具有负偏转置（NPT）性质的纠缠态，是否一定可以通过局域操作和经典通信蒸馏出纯纠缠？此前学界一直无法给出严格证明。PSI的AI系统给出了否定答案的证明，这意味着某些看似“纠缠”的量子态，实际上在资源转换意义上无法被提纯利用，对量子纠缠理论的基础认知提出了重要修正。

OQP 12：真空中的幽灵纠缠与贝尔不等式

真空并非空无一物，量子场论中真空态本身具有复杂的纠缠结构。OQP 12要求证明或否证：真空纠缠能否在实验上通过贝尔不等式违背来检验？这直接关系到量子场论的局域性、实在性以及引力与量子理论交叉的深层问题。AI的突破为这一长期悬而未决的问题提供了新的数学工具和证明路径，也让人们重新审视“真空”的物理含义。

OQP 27：CGLMP贝尔不等式的最优测量策略

贝尔不等式是验证量子力学非局域性的黄金标准，而CGLMP不等式是多能级系统下的扩展版本。OQP 27关注的是：在给定的CGLMP不等式中，达到最大量子违背所需的最优测量设置是什么？这个问题在量子信息处理中直接影响随机性认证和量子密钥分发的安全性。PSI的AI系统不仅找到了最优测量，还给出了可验证的构造方法，为高维量子通信的实际应用扫清了一大障碍。

OQP 38：PPT平方猜想与纠缠破坏信道

PPT平方猜想是量子信息理论中一个著名的开放问题：如果两个量子信道都是正部分转置（PPT）保持的，那么它们一定不会产生纠缠吗？这个问题与纠缠破坏信道的分类密切相关，深刻影响着量子噪声模型的理论框架。AI给出的结果证明了该猜想的某种逆命题或变体，进一步厘清了信道叠加与纠缠生成的边界条件。

OQP 43：量子因果过程的可纯化性

量子因果律研究的是量子系统中因果关系的非经典结构。OQP 43问的是：所有量子因果过程是否都能被纯化为一种可分解的形式？这涉及量子计算中的因果模型识别与量子博弈论。PSI的AI系统给出了肯定的构造性证明，将量子因果过程的纯化问题彻底解决，为未来量子因果推断算法奠定了数学基础。

AI不只解了五道题：OpenAI也在同一周“攻陷”物理

无独有偶，就在PSI发布成果之后不久，OpenAI也公开了一款尚未发布的内部AI模型的研究成果，其中同样包含物理学重大突破：它宣称证明了四维时空下包含规范场与费米子的相互作用量子场论的存在性，其中包括量子色动力学（QCD）以及粒子物理标准模型的一种统一完备化版本。更令人震撼的是，该证明还顺带解决了千禧年难题“量子杨-米尔斯理论”中的核心子问题——纯杨-米尔斯理论的存在性。

OpenAI的物理学成果建立在构造性量子场论的巴拉班框架之上。它由诺奖得主大卫·格罗斯牵头，迈克尔·道格拉斯、阿瑟·贾菲等顶尖学者参与审查。OpenAI同时强调，这些文稿应被视作原始研究数据，而非已经定型的结论，并邀请外部专家组建小组核验。

计算机领域同样重磅：OpenAI的AI系统推翻了被广泛相信近30年的指数时间假设（ETH）。ETH刻画了布尔可满足性问题的计算复杂度，数百篇论文以它为前提推导条件性困难结论。AI给出了亚指数时间算法并完成了Lean形式化证明，这意味着未来可能找到速度更快的算法，但不代表P等于NP。

是“攻陷”还是“协同”？AI研究范式正在经历剧烈变革

无论是PSI还是OpenAI，这些AI给出的物理证明都不仅限于自然语言，还附带了Lean形式化证明和可验证代码。这意味着不再是“AI说它证明了”，而是“AI的证明可以被机器逐行检查”。PSI和OpenAI均已将全部原始数据、证明代码放上GitHub，并邀请学界共同审查。OpenAI还接受了两项要求：公开所有原始数据，以及资助一场学术会议来讨论新成果对计算机科学的影响。

然而，学界普遍保持审慎。这些成果仍需独立复现和深入审查，尤其是物理学的存在性证明，涉及大量艰深的分析细节。但目前可以确定的是，AI已经从“帮忙做计算”进化到“独立提出并解决长期开放问题”的阶段。越来越多的物理学家开始思考：哪些领域最容易被AI攻破？答案往往是那些具有清晰形式化结构、逻辑公理体系完善的子领域，比如量子信息、量子场论、数学物理。而需要直觉、实验直觉或宏大物理图景的领域，短期内仍然难以被替代。

或许正如PSI公司名字所暗示的那样，“物理超级智能”正在成为现实。从5道20多年的量子公开问题到杨-米尔斯存在性证明，AI正以惊人的速度重塑物理研究的边界。接下来，就看人类物理学家如何与这些AI协同，把理论进展转化为真正的物理洞见。