對(duì)于量子物理學(xué)家來說，創(chuàng)造一臺(tái)足以解決我們目前計(jì)算機(jī)無法解決的問題的量子計(jì)算機(jī)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。一個(gè)運(yùn)行良好的量子模擬器——一種特定類型的量子計(jì)算機(jī)——可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)于世界如何在最小尺度上運(yùn)作的新發(fā)現(xiàn)。

代爾夫特理工大學(xué)的量子科學(xué)家娜塔莉亞·切皮加（Natalia Chepiga）開發(fā)了一種關(guān)于如何升級(jí)這些機(jī)器的指南，以便它們可以模擬更復(fù)雜的量子系統(tǒng)。該研究現(xiàn)已發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

“制造有用的量子計(jì)算機(jī)和量子模擬器是當(dāng)今量子科學(xué)最重要、最有爭議的話題之一，具有徹底改變社會(huì)的潛力，”研究員納塔利婭·切皮加說。量子模擬器是一種量子計(jì)算機(jī)。切皮加解釋說：“量子模擬器旨在解決量子物理學(xué)的開放性問題，以進(jìn)一步推動(dòng)我們對(duì)自然的理解。量子計(jì)算機(jī)將在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如金融、加密和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)�！�

方向盤

切皮加說：“一個(gè)有用的量子模擬器的一個(gè)關(guān)鍵因素是控制或操縱它的可能性。想象一輛沒有方向盤的汽車。它只能前進(jìn)，但不能轉(zhuǎn)彎。它有用嗎？只有當(dāng)你需要朝一個(gè)特定的方向走時(shí)，它才有用；否則，答案將是‘不！’。如果我們想創(chuàng)造一臺(tái)能夠在不久的將來發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象的量子計(jì)算機(jī)，我們需要建立一個(gè)‘方向盤’來調(diào)整到看起來有趣的東西。在我的論文中，我提出了一種協(xié)議，可以創(chuàng)建一個(gè)完全可控的量子模擬器�！�

該協(xié)議是一種配方——量子模擬器應(yīng)該具有可調(diào)性的一組成分。在量子模擬器的傳統(tǒng)設(shè)置中，銣（Rb）或銫（Cs）原子是單個(gè)激光的目標(biāo)。因此，這些粒子將吸收電子，從而變得更有活力；它們變得興奮。

Chepiga解釋道：“我證明，如果我們使用不同頻率或顏色的兩種激光，從而將這些原子激發(fā)到不同的狀態(tài)，我們可以將量子模擬器調(diào)諧到許多不同的設(shè)置”。

該協(xié)議提供了可以模擬的額外維度�！跋胂笠幌拢�你只看到一個(gè)立方體作為一張平紙上的草圖，但現(xiàn)在你得到一個(gè)可以觸摸、旋轉(zhuǎn)和以不同方式探索的真實(shí)3D立方體，”切皮加繼續(xù)說道。“從理論上講，我們可以通過引入更多激光來添加更多維度�！�

模擬許多粒子

Chepiga解釋道：“模擬具有許多粒子的量子系統(tǒng)的集體行為是非常具有挑戰(zhàn)性的。除了幾十個(gè)粒子，用我們常用的計(jì)算機(jī)或超級(jí)計(jì)算機(jī)建模必須依賴于近似值�！碑�(dāng)考慮到更多粒子、溫度和運(yùn)動(dòng)的相互作用時(shí)，計(jì)算機(jī)需要執(zhí)行太多的計(jì)算。

量子模擬器由量子粒子組成，這意味著這些組件是糾纏在一起的�！凹m纏是量子粒子之間共享的某種相互信息。它是模擬器的內(nèi)在屬性，因此可以克服這一計(jì)算瓶頸�！�

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