量子计算机首次成功模拟高能物理实验

2016年06月24日08:02  来源:科技日报
 
原标题:量子计算机首次成功模拟高能物理实验

  奥地利物理学家在22日出版的《自然》杂志上撰文称,他们利用4个“量子比特”组成的量子计算机,实现了第一个高能物理实验的完整模拟。他们表示,进一步扩大设备规模有望执行更复杂的计算。

  在最新研究中,位于真空中的电磁场让4个离子排成一行,每个离子编码为1个量子比特,组成了一台“菜鸟”量子计算机。研究人员用激光束操控离子的自旋,诱导离子执行逻辑运算。100多步计算后,科学家们成功对量子电动力学的一个简化版预测进行了证实:能量转化成物质,制造出一个电子和其反粒子(一个正电子)。

  最新研究中的量子计算机仅有4个量子比特,但未来量子计算机的应用,可能需要数百个量子比特以及复杂的纠错代码。不过,实验物理学家埃斯特班·马丁内兹解释称,物理学模拟能容忍少量错误,30到40个量子比特或许就行。

  他们希望未来能升级计算规模,以便能模拟强核力(让夸克依附在一起形成质子和中子并最终形成原子核)。因斯布鲁克大学理论物理学家克里斯汀·穆斯克称,这可能要数年时间来突破硬件和研发新的量子算法。麻省理工学院(MIT)的量子计算专家约翰·基亚韦里尼则称,如果不对实验进行显著修改,或很难扩大规模。

  穆斯克已打算摒弃现有线性排列,使用离子的二维排列。扩大版的量子计算机有望解决多个问题,比如,帮助科学家理解两个原子核的高速碰撞以及中子星甚至中微子等。

  为了准确理解理论预测,物理学家们一般会进行计算模拟,再将模拟结果同实验数据进行比较,以验证理论是否正确。但穆斯克表示,大多数这类计算很难用传统计算机模拟,在涉及强核力时尤其明显。

  很多科学家认为,目前仍处于研发初级阶段的量子计算机未来能解决这一问题。与传统计算机只用0和1储存与处理数据不同,量子计算机的量子比特既可以是0和1,也可以是这两者的叠加状态。因此,理论上量子计算机的处理速度要远远大于传统计算机。(记者刘霞)

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   我们对量子计算机所抱有的期望,包括强大、高速、节能,目前在这台只有4个量子比特的计算机中还不可见。甚至在与传统计算机的较量中赢了对手的量子计算机D-wave,造价也要达到对手的6000多倍,几乎不具有实际应用的能力。但无论是在计算能力上超越传统型,还是完整地模拟出一个物理实验,量子计算机都在证明它们的算法是通用的,也是可行的——这就是有一天可能会改造成为实用型量子计算机的基础。

(责编:王艺锭、熊旭)

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