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2021-07-10 17:25 |
物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)出可編程量子模擬器 能以256個(gè)“量子位”運(yùn)行
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(duì)開發(fā)了一種特殊類型的量子計(jì)算機(jī)，被稱為可編程量子模擬器，能夠以256個(gè)量子比特或“量子位”運(yùn)行。 !pMp
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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(shí)世界的突破，克服當(dāng)今甚至是最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)都無法做到的研究障礙。量子位(Qubit)是量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基本構(gòu)件，也是其巨大處理能力的來源。 {ejJI/o0
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2021年7月7日發(fā)表在《自然》雜志上的這項(xiàng)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(jì)劃聯(lián)合主任 Mikhail Lukin說：“這使該領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)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(gè)全新的部分。” <:t D m
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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(jì)算機(jī)競(jìng)賽的前沿，量子計(jì)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(chǔ)和處理比標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行所依賴的經(jīng)典比特更多的信息。 7Y?=ijXXx\
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Ebadi說：“僅用256個(gè)量子比特就能實(shí)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。 #go! "H L
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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(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的幾種奇異的物質(zhì)量子態(tài)，并進(jìn)行了一項(xiàng)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(shí)例。 '0juZ~>}
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這些實(shí)驗(yàn)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(jì)具有奇異特性的新材料。 NdlJdq
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該項(xiàng)目使用的是研究人員在2017年開發(fā)的一個(gè)平臺(tái)的顯著升級(jí)版，該平臺(tái)能夠達(dá)到51個(gè)量子比特的規(guī)模。那個(gè)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(dú)聚焦激光束的一維陣列將它們按特定順序排列。 N!u(G
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這個(gè)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(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)規(guī)模從51個(gè)增加到256個(gè)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(jì)量子比特之間的不同相互作用。 oOU? 6nq
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“這個(gè)新平臺(tái)的主力是一個(gè)叫做空間光調(diào)制器的設(shè)備，它被用來塑造一個(gè)光學(xué)波前，以產(chǎn)生數(shù)百個(gè)單獨(dú)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(duì)它們進(jìn)行了調(diào)整，使之成為我們的量子模擬器的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。” #
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