美國哈佛大學(xué)—麻省理工學(xué)院超冷原子中心領(lǐng)導(dǎo)的國際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然》雜志刊文稱，他們開發(fā)出了一種特殊類型的量子計(jì)算機(jī)——可編程量子模擬器，其能運(yùn)行256個(gè)量子比特。該系統(tǒng)的面世標(biāo)志著科學(xué)家朝構(gòu)建大規(guī)模量子機(jī)器邁出重要一步，可用于闡明一系列復(fù)雜的量子過程，并最終幫助科學(xué)家在材料科學(xué)、通信技術(shù)等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。

該研究的主要作者塞弗·阿巴迪說，新系統(tǒng)空前的規(guī)模和可編程性使其脫穎而出。在適當(dāng)情況下，增加量子比特的數(shù)量意味著系統(tǒng)可存儲(chǔ)和處理更多信息。量子比特是量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基本模塊。資深作者之一、哈佛量子計(jì)劃聯(lián)席主任米哈伊爾·盧金則表示：“我們的最新研究將量子計(jì)算機(jī)帶入一個(gè)迄今無人涉足的新領(lǐng)域，我們正邁入量子世界的全新領(lǐng)域。”

新量子模擬器的關(guān)鍵組件是一種稱為空間光調(diào)制器的設(shè)備，它用于形成光波以產(chǎn)生數(shù)百個(gè)單獨(dú)聚焦的光鑷光束。此外，研究人員還使用一套移動(dòng)的光鑷將原子拖到他們想要的位置，消除了原子放入光鑷時(shí)的隨機(jī)性。激光則使他們能完全控制原子量子比特的方位及其相干量子操作。

研究人員解釋稱，他們的新系統(tǒng)使原子能被組裝成二維光鑷陣列，將系統(tǒng)可運(yùn)行的量子比特的數(shù)量從51個(gè)增加到256個(gè)。而且，他們可將原子排列成無缺陷的圖案，并創(chuàng)建出可編程的形狀，如正方形、三角形晶格等，以設(shè)計(jì)不同量子比特之間的相互作用。

研究人員表示，他們已經(jīng)借助這個(gè)模擬器觀察到了一些以前從未在實(shí)驗(yàn)室看到的奇異量子態(tài)，并進(jìn)行了精確的量子相變研究，為磁性在量子水平上如何起作用提供了教科書范例。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭茖W(xué)家更好地理解材料特性，從而設(shè)計(jì)出擁有奇異特性的新材料。

他們目前正致力于通過改進(jìn)激光對(duì)量子比特的控制并使系統(tǒng)更具可編程性來優(yōu)化新系統(tǒng)，同時(shí)也在積極探索該系統(tǒng)新的應(yīng)用，希望籍此其解決更多實(shí)際問題。

近年來，量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新成果不斷。此前有巨頭公司宣布開放擁有53個(gè)量子比特的可商用量子計(jì)算機(jī)，如今又有可運(yùn)行256個(gè)量子比特的可編程量子模擬器。量子比特是量子計(jì)算機(jī)的最基本量子信息單元，因此要提升量子計(jì)算機(jī)的性能，增加可運(yùn)行的量子比特的數(shù)量是必經(jīng)之路。不過另一個(gè)方面也不容忽視：即不斷提升量子比特的質(zhì)量，增加量子保真度，延長量子相干性的保持時(shí)間。(記者 劉霞)