近日，奧地利因斯布魯克大學(xué)和量子光學(xué)與量子信息研究所（IQOQI）科學(xué)家在一個(gè)陷落離子系統(tǒng)中，演示了量子模擬的數(shù)字化方法。他們對(duì)超冷鈣原子的粒子狀態(tài)進(jìn)行了編碼，并按照狄拉克方程用激光進(jìn)行操控，結(jié)果得到了在自然界無法直接觀察到的相對(duì)論粒子的“狄拉克顫動(dòng)”。這種數(shù)字化的方法標(biāo)志著人們?cè)谘芯繌?fù)雜現(xiàn)象的模型系統(tǒng)方面邁進(jìn)了一大步。研究論文發(fā)表在9月1日的《科學(xué)》雜志網(wǎng)站上。 Pe`mZCd^  
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    物理現(xiàn)象通常都能用數(shù)學(xué)模型來描述，而有些現(xiàn)象非常復(fù)雜，讓描述它們的方程幾乎無解，量子系統(tǒng)正是如此。美國物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼曾提出用計(jì)算機(jī)來模擬量子系統(tǒng)的各種現(xiàn)象，但受傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理能力制約，要模擬較小的量子系統(tǒng)也很難。1996年，理論物理學(xué)家塞思·勞埃德證明，量子計(jì)算機(jī)可以通過編程有效模擬任何物理系統(tǒng)，前提是在技術(shù)和模擬器設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)完全控制。 ?LMQz=  
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    在過去研究的基礎(chǔ)上，研究小組把描述量子現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型用一系列激光脈沖來編程，把經(jīng)過激光制冷的陷落的原子作為量子比特載體來執(zhí)行量子計(jì)算，用6個(gè)量子比特和連續(xù)的100個(gè)邏輯門，將一系列自旋系統(tǒng)的全時(shí)段動(dòng)力過程用數(shù)字模擬出來，首次實(shí)現(xiàn)了量子現(xiàn)象的數(shù)字化模擬。 )kep:-wm  
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    “我們?cè)谶@些量子比特中，編制了所需要的系統(tǒng)初始狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)施加激光脈沖。”因斯布魯克大學(xué)的克里斯頓·魯斯解釋說，模擬精確再現(xiàn)了自然界不可能觀察到的相互作用，證明了數(shù)字量子模擬中的關(guān)鍵原理，并為全量程所需要的控制條件提供了證據(jù)。 1!uBzO6/$  
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    “實(shí)驗(yàn)顯示，我們的方法能真實(shí)再現(xiàn)許多系統(tǒng)，幫助科學(xué)家深入研究物理現(xiàn)象。如果要研究其他現(xiàn)象，只需改編一下模擬器的程序。”奧地利科學(xué)院量子光學(xué)與量子信息研究所的本杰明·蘭尼恩說，這種數(shù)字量子模擬具有普適性，從理論上講它能進(jìn)行廣泛的量子模擬，能有效模擬任何物理系統(tǒng)。 =$OGHc  
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    最新研究表明，人們將能模擬量子相互作用和動(dòng)力學(xué)過程，這種模擬需要更多的量子比特，要能控制并操縱多達(dá)40個(gè)原子才能實(shí)現(xiàn)。這正是未來量子計(jì)算機(jī)最有前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。