來自哈佛大學(xué)-麻省理工學(xué)院超冷原子中心和其他大學(xué)的物理學(xué)家團(tuán)隊開發(fā)了一種特殊類型的量子計算機(jī)，被稱為可編程量子模擬器，能夠以256個量子比特或“量子位”運行。 w_(3{P[Iz  
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該系統(tǒng)標(biāo)志著向建造大規(guī)模量子機(jī)器邁出了一大步，可用于闡明一系列復(fù)雜的量子過程，并最終幫助在材料科學(xué)、通信技術(shù)、金融和許多其他領(lǐng)域帶來現(xiàn)實世界的突破，克服當(dāng)今甚至是最快的超級計算機(jī)都無法做到的研究障礙。量子位(Qubit)是量子計算機(jī)運行的基本構(gòu)件，也是其巨大處理能力的來源。 {OU|'  
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2021年7月7日發(fā)表在《自然》雜志上的這項研究的資深作者之一、哈佛大學(xué)物理學(xué)教授、哈佛大學(xué)量子計劃聯(lián)合主任 Mikhail Lukin說：“這使該領(lǐng)域進(jìn)入了一個迄今無人涉足的新領(lǐng)域。我們正在進(jìn)入量子世界的一個全新的部分�！� bNea5u##  
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據(jù)文理學(xué)院研究生院的物理學(xué)學(xué)生、該研究的主要作者Sepehr Ebadi稱，正是該系統(tǒng)前所未有的尺寸和可編程性的結(jié)合，使其處于量子計算機(jī)競賽的前沿，量子計算機(jī)利用物質(zhì)在極小尺度上的神秘特性，大大提升了處理能力。在適當(dāng)?shù)那闆r下，量子比特的增加意味著該系統(tǒng)可以存儲和處理比標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)運行所依賴的經(jīng)典比特更多的信息。 ZwmucY%3  
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Ebadi說：“僅用256個量子比特就能實現(xiàn)的量子狀態(tài)數(shù)量超過了太陽系中的原子數(shù)量，”他解釋了該系統(tǒng)的巨大規(guī)模。 ^xZh@e5  
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目前，該模擬器已經(jīng)使研究人員能夠觀察到以前從未在實驗中實現(xiàn)的幾種奇異的物質(zhì)量子態(tài)，并進(jìn)行了一項量子相變研究，其精確程度可作為磁學(xué)在量子水平上如何工作的教科書實例。 cl4E6\?z  
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這些實驗提供了關(guān)于材料特性背后的量子物理學(xué)的強(qiáng)有力的見解，并可以幫助科學(xué)家展示如何設(shè)計具有奇異特性的新材料。 CXlbtpK2k  
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該項目使用的是研究人員在2017年開發(fā)的一個平臺的顯著升級版，該平臺能夠達(dá)到51個量子比特的規(guī)模。那個舊系統(tǒng)允許研究人員捕捉超冷的銣原子，并使用稱為光學(xué)鑷子的單獨聚焦激光束的一維陣列將它們按特定順序排列。 P
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這個新系統(tǒng)允許原子在光學(xué)鑷子的二維陣列中被組裝起來。這將可實現(xiàn)的系統(tǒng)規(guī)模從51個增加到256個比特。通過使用光學(xué)鑷子，研究人員可以將原子安排在無缺陷的模式中，并創(chuàng)造出可編程的形狀，如方形、蜂窩狀或三角形格子，以設(shè)計量子比特之間的不同相互作用。 6%v9o?:~l  
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“這個新平臺的主力是一個叫做空間光調(diào)制器的設(shè)備，它被用來塑造一個光學(xué)波前，以產(chǎn)生數(shù)百個單獨聚焦的光學(xué)鑷子光束，”Ebadi說�！斑@些設(shè)備本質(zhì)上與電腦投影儀內(nèi)用于在屏幕上顯示圖像的設(shè)備相同，但我們對它們進(jìn)行了調(diào)整，使之成為我們的量子模擬器的一個關(guān)鍵組成部分。” /).{h'^Hq\  
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原子最初裝入光學(xué)鑷子的過程是隨機(jī)的，研究人員必須移動原子，將它們排列到目標(biāo)幾何形狀。研究人員使用第二組移動的光學(xué)鑷子將原子拖到它們所需的位置，消除了最初的隨機(jī)性。激光使研究人員能夠完全控制原子量子比特的定位及其相干的量子操縱。 V>{< pS  
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