最近，武漢物數所蔡慶宇研究小組通過深入研究惠勒-德威特方程并結合量子軌道理論，首次證明宇宙可以通過量子機制自發產生。該研究成果在美國《物理評論D》2014年第4期上發表（Phys. Rev. D 89,083510，論文鏈接：http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.89.083510）。

探尋宇宙起源是人類社會的永恒追求。上世紀20年代以來，科學家在哈勃紅移和微波背景輻射實驗觀測基礎上，先后提出了宇宙膨脹模型以及大爆炸理論。然而，無論大爆炸理論還是隨后發展的暴漲模型，都無法克服廣義相對論預言的宇宙奇點問題。

為解決宇宙奇點問題，揭示早期宇宙產生的物理機制，蔡慶宇等人深入研究了描述宇宙波函數的惠勒-德威特方程。他們證明，一旦假真空由于量子漲落產生一個小真空泡，這個真空泡會自發指數加速膨脹，迅速長大，從而導致時空的出現，并產生早期宇宙。通過使用量子軌道理論，他們發現，在早期宇宙中，量子勢自然地扮演了宇宙常數的角色，量子效應是早期宇宙暴漲的根源。隨著早期宇宙的長大，量子效應減弱，指數加速膨脹停止，暴漲結束。該工作不僅闡明了宇宙起源的量子機制，有效解決宇宙奇點問題，并且揭示了早期宇宙時期宇宙常數（暗能量）完全是一種量子效應。

蔡慶宇研究員長期致力于量子信息及其交叉學科的理論研究工作。2009年，他與合作者首次把量子軌道理論應用到強激光與原子相互作用體系，實現了該體系量子描述向經典描述的過渡(New J. Phys. 11, 113035)；2011年，他與合作者首次證明了兩路量子密碼的無條件安全性(Phys. Rev. A 84, 042344)；2013年，他與合作者撰寫的關于“黑洞信息丟失問題”的研究論文獲得美國引力基金會論文比賽一等獎(IJMPD 22, 1341014)。

相關工作獲得國家自然科學基金面上項目、科技部重大研究計劃課題，以及中國科學院新興與交叉學科布局試點項目的資助。