中科院院士來好消息,耗時10餘年,量子計算終於迎來突破

2020-12-04 數碼密探

在設計建築的時候，工程師們需要用計算機來進行計算和模擬。可如果研究對象是微觀世界的「量子建築」呢？

顯然微觀粒子的複雜變化和相互作用，已經遠遠超出傳統電腦的計算範圍。因此需要量子計算機來模擬量子問題。

2020年11月19日，中國科學技術大學副校長、中科院院士潘建偉等與德國海德堡大學、義大利特倫託大學的合作者在《自然》雜誌發表論文，宣布該團隊在超冷原子量子計算和模擬研究中取得重要突破。

潘建偉團隊開發出71個格點的超冷原子光晶格量子模擬器，取得利用規模化量子計算和量子模擬方法解決複雜物理問題的重要突破。

何為量子模擬器呢？量子模擬器可以看作是一種簡化版的量子計算機，可以解決一些特定的量子物理學問題。

通俗講就是科學家們讓很低溫度的原子有秩序地排列起，從而模擬出 「電荷」和「電場」的相互作用，達到求解重要物理學方程的目的。

為了讓低溫度的原子們乖乖「配合」，潘建偉團隊已經付出了十多年的努力。

其實國際上早有一套成熟的方案來困住原子，即利用雷射的束縛作用，把原子們「囚禁」在一個個光晶格上。根據潘建偉團隊的介紹，這樣的方法不僅會導致系統溫度升高，而且原子的排列很亂。

為此，潘建偉團隊開發出一種新型冷卻方法。通俗講便是他們利用兩種特製的雷射，把其中一部分原子變成超流體，然後經過重重降溫，將1萬個銣-87原子冷卻到了絕對零度附近。

通過這種方法，每個原子攜帶的熱力學熵只有0.0019 kB，比之前的方法降低了65倍，創造了世界紀錄。

《自然》雜誌認為這項工作「是量子模擬方法研究晶格規範場的一個重要的裡程碑」，「邁出了模擬晶格規範場理論的真正一步：從實現量子模擬器的模塊到對特定模型的完全模擬」。

目前，潘建偉團隊已在《自然》《科學》等頂級科學期刊上發表論文17篇，是國際超冷原子量子計算和量子模擬領域的領跑團隊之一。

在此次取得量子計算機突破的基礎上，潘建偉團隊表示將進一步使用量子模擬的方法研究更高空間維度的規範場模型，並可推廣到更多重要物理難題。

文/禹汐

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