量子计算机的新设计

发布时间：2024-02-18 16:07:00 栏目：生活

导读 创建一台足够强大的量子计算机来解决我们当前计算机无法解决的问题仍然是量子物理学家面临的一大挑战。功能良好的量子模拟器(一种特定类型

创建一台足够强大的量子计算机来解决我们当前计算机无法解决的问题仍然是量子物理学家面临的一大挑战。功能良好的量子模拟器(一种特定类型的量子计算机)可能会带来关于世界如何在最小尺度上运行的新发现。代尔夫特理工大学的量子科学家 Natalia Chepiga 编写了一份关于如何升级这些机器的指南，以便它们能够模拟更复杂的量子系统。该研究现已发表在《物理评论快报》上。



“创造有用的量子计算机和量子模拟器是当今量子科学中最重要和最有争议的话题之一，有可能彻底改变社会”，研究员 Natalia Chepiga 说。Chepiga 解释说，量子模拟器是量子计算机的一种：“量子模拟器旨在解决量子物理学的开放问题，以进一步推动我们对自然的理解。量子计算机将在社会生活的各个领域有广泛的应用，例如金融、加密和数据存储。”

方向盘

“有用的量子模拟器的一个关键要素是控制或操纵它的可能性”，切皮加说。“想象一下一辆没有方向盘的汽车。它只能前进而不能转弯。有用吗?仅当您需要朝某个特定方向前进时，否则答案将是“不!”。如果我们想创建一台能够在不久的将来发现新物理现象的量子计算机，我们需要构建一个“方向盘”来调整似乎有趣的东西。在我的论文中，我提出了一种创建完全可控量子模拟器的协议。”

食谱

该协议是一个配方——量子模拟器必须可调的一组成分。在量子模拟器的传统设置中，铷 (Rb) 或铯 (Cs) 原子被单个激光瞄准。结果，这些粒子将吸收电子，从而变得更有能量;他们变得兴奋。“我证明，如果我们使用两种不同频率或颜色的激光器，从而将这些原子激发到不同的状态，我们就可以将量子模拟器调整到许多不同的设置”，Chepiga 解释道。

该协议提供了可模拟的附加维度。“想象一下，您以前只看到一个立方体作为一张平面纸上的草图，但现在您得到了一个真正的 3D 立方体，您可以用不同的方式触摸、旋转和探索它”，Chepiga 继续说道。“理论上，我们可以通过引入更多的激光器来增加更多的维度。”

模拟许多粒子

“模拟具有许多粒子的量子系统的集体行为极具挑战性”，Chepiga 解释道。“除了几十个粒子之外，使用我们常用的计算机或超级计算机进行建模必须依赖于近似值。” 当考虑更多粒子、温度和运动的相互作用时，计算机需要执行太多的计算。

量子模拟器由量子粒子组成，这意味着各个组件是纠缠在一起的。“纠缠是量子粒子之间共享的某种互信息。这是模拟器的固有属性，因此可以克服这个计算瓶颈。”