科技日報(bào)北京2月10日電（記者張夢然）瑞士保羅謝爾研究所的兩位理論物理學(xué)家聯(lián)合谷歌公司及來自5個(gè)國家的大學(xué)研究人員，共同開發(fā)并測試了一種新型數(shù)字—模擬混合量子模擬器。該模擬器不僅能夠以前所未有的精確度模擬物理過程，還具有高度靈活性，能力更強(qiáng)，適用于解決從固態(tài)物理到天體物理學(xué)的廣泛問題。這一成果被視為量子計(jì)算領(lǐng)域的重要里程碑，相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。
保羅謝爾研究所物理學(xué)家開發(fā)了一種新型數(shù)字模擬量子模擬器。圖片來源：瑞士保羅謝爾研究所
冷牛奶滴入熱咖啡中是如何擴(kuò)散的？這一問題即使是最快的超級計(jì)算機(jī)也難以高精度地模擬，因?yàn)槠浔澈蟮牧孔游锢磉^程異常復(fù)雜。1982年，諾貝爾獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼提出，使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來解決這類問題，不如用專門設(shè)計(jì)的用于模擬量子物理過程的量子模擬器更為有效。隨著量子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，費(fèi)曼的設(shè)想正逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
團(tuán)隊(duì)借助谷歌提供的包含69個(gè)超導(dǎo)量子比特的芯片，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬操作模式的有效結(jié)合。實(shí)驗(yàn)中，他們通過設(shè)定離散的初始條件，模擬了熱能進(jìn)入固體的過程，并展示了量子模擬器如何實(shí)現(xiàn)熱平衡狀態(tài)。這僅是新型量子模擬器所能解答的眾多有趣問題之一。這項(xiàng)新研究為開發(fā)通用量子模擬器奠定了基礎(chǔ)，其能力遠(yuǎn)超當(dāng)前只能處理特定物理問題的量子模擬器，應(yīng)用范圍覆蓋物理學(xué)的多個(gè)不同領(lǐng)域。
混合量子模擬器的一個(gè)研究主題是磁學(xué)。例如，在谷歌量子芯片中，量子比特與其磁性方向調(diào)整的相關(guān)特性，對基于電子自旋而非電荷的新一代計(jì)算機(jī)芯片至關(guān)重要，有助于提高內(nèi)存密度和計(jì)算速度。
此外，該量子模擬器在新材料開發(fā)中也有廣闊應(yīng)用前景，如開發(fā)高溫超導(dǎo)體、更加精準(zhǔn)且副作用更少的藥物；在天體物理學(xué)領(lǐng)域，可用于研究關(guān)于黑洞的信息悖論——量子物理學(xué)原理指出信息不會(huì)丟失，但天體物理學(xué)家認(rèn)為黑洞會(huì)摧毀與其形成相關(guān)的信息。該量子模擬器有助厘清這些復(fù)雜的天文現(xiàn)象。
本文鏈接：混合量子模擬器能高精度模擬物理過程http://www.lensthegame.com/show-11-17194-0.html
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