可编程量子模拟

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美国哈佛大学—麻省理工学院超冷原子中心领导的国际物理学家团队在最新一期《自然》杂志刊文称，他们开发出了一种特殊类型的量子计算机——可编程量子模拟器，其能运行256个量子比特。该系统的面世标志着科学家朝构建大规模量子机器迈出重要一步，可用于阐明一系列复杂的量子过程，并最终帮助科学家在材料科学、通信技术等多领域实现重大突破。

该研究的主要作者塞弗·阿巴迪说，新系统空前的规模和可编程性使其脱颖而出。在适当情况下，增加量子比特的数量意味着系统可存储和处理更多信息。量子比特是量子计算机运行的基本模块。资深作者之一、哈佛量子计划联席主任米哈伊尔·卢金则表示：“我们的最新研究将量子计算机带入一个迄今无人涉足的新领域，我们正迈入量子世界的全新领域。”

新量子模拟器的关键组件是一种称为空间光调制器的设备，它用于形成光波以产生数百个单独聚焦的光镊光束。此外，研究人员还使用一套移动的光镊将原子拖到他们想要的位置，消除了原子放入光镊时的随机性。激光则使他们能完全控制原子量子比特的方位及其相干量子操作。

研究人员解释称，他们的新系统使原子能被组装成二维光镊阵列，将系统可运行的量子比特的数量从51个增加到256个。而且，他们可将原子排列成无缺陷的图案，并创建出可编程的形状，如正方形、三角形晶格等，以设计不同量子比特之间的相互作用。

研究人员表示，他们已经借助这个模拟器观察到了一些以前从未在实验室看到的奇异量子态，并进行了精确的量子相变研究，为磁性在量子水平上如何起作用提供了教科书范例。这些实验能帮助科学家更好地理解材料特性，从而设计出拥有奇异特性的新材料。

他们目前正致力于通过改进激光对量子比特的控制并使系统更具可编程性来优化新系统，同时也在积极探索该系统新的应用，希望藉此解决更多实际问题。