《電子技術(shù)應(yīng)用》
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量子計(jì)算機(jī)首次成功模擬高能物理實(shí)驗(yàn)

2016-06-27

  奧地利物理學(xué)家在出版的《自然》雜志上撰文稱,他們利用4個(gè)“量子比特”組成的量子計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)高能物理實(shí)驗(yàn)的完整模擬。他們表示,進(jìn)一步擴(kuò)大設(shè)備規(guī)模有望執(zhí)行更復(fù)雜的計(jì)算。

  在最新研究中,位于真空中的電磁場(chǎng)讓4個(gè)離子排成一行,每個(gè)離子編碼為1個(gè)量子比特,組成了一臺(tái)“菜鳥”量子計(jì)算機(jī)。研究人員用激光束操控離子的自旋,誘導(dǎo)離子執(zhí)行邏輯運(yùn)算。100多步計(jì)算后,科學(xué)家們成功對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)的一個(gè)簡(jiǎn)化版預(yù)測(cè)進(jìn)行了證實(shí):能量轉(zhuǎn)化成物質(zhì),制造出一個(gè)電子和其反粒子(一個(gè)正電子)。

  最新研究中的量子計(jì)算機(jī)僅有4個(gè)量子比特,但未來量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,可能需要數(shù)百個(gè)量子比特以及復(fù)雜的糾錯(cuò)代碼。不過,實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家埃斯特班·馬丁內(nèi)茲解釋稱,物理學(xué)模擬能容忍少量錯(cuò)誤,30到40個(gè)量子比特或許就行。

  他們希望未來能升級(jí)計(jì)算規(guī)模,以便能模擬強(qiáng)核力(讓夸克依附在一起形成質(zhì)子中子并最終形成原子核)。因斯布魯克大學(xué)理論物理學(xué)家克里斯汀·穆斯克稱,這可能要數(shù)年時(shí)間來突破硬件和研發(fā)新的量子算法。麻省理工學(xué)院(MIT)的量子計(jì)算專家約翰·基亞韋里尼則稱,如果不對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行顯著修改,或很難擴(kuò)大規(guī)模。

  穆斯克已打算摒棄現(xiàn)有線性排列,使用離子的二維排列。擴(kuò)大版的量子計(jì)算機(jī)有望解決多個(gè)問題,比如,幫助科學(xué)家理解兩個(gè)原子核的高速碰撞以及中子星甚至中微子等。

  為了準(zhǔn)確理解理論預(yù)測(cè),物理學(xué)家們一般會(huì)進(jìn)行計(jì)算模擬,再將模擬結(jié)果同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,以驗(yàn)證理論是否正確。但穆斯克表示,大多數(shù)這類計(jì)算很難用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬,在涉及強(qiáng)核力時(shí)尤其明顯。

  很多科學(xué)家認(rèn)為,目前仍處于研發(fā)初級(jí)階段的量子計(jì)算機(jī)未來能解決這一問題。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只用0和1儲(chǔ)存與處理數(shù)據(jù)不同,量子計(jì)算機(jī)的量子比特既可以是0和1,也可以是這兩者的疊加狀態(tài)。因此,理論上量子計(jì)算機(jī)的處理速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。


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