量子計(jì)算機(jī)首次成功模擬高能物理實(shí)驗(yàn)

　　[導(dǎo)讀] 奧地利物理學(xué)家在22日出版的《自然》雜志上撰文稱，他們利用4個(gè)“量子比特”組成的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)高能物理實(shí)驗(yàn)的完整模擬。他們表示，進(jìn)一步擴(kuò)大設(shè)備規(guī)模有望執(zhí)行更復(fù)雜的計(jì)算。

　　原標(biāo)題：量子計(jì)算機(jī)首次成功模擬高能物理實(shí)驗(yàn)

　　科技日?qǐng)?bào)北京6月23日電 （記者劉霞）奧地利物理學(xué)家在22日出版的《自然》雜志上撰文稱，他們利用4個(gè)“量子比特”組成的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)高能物理實(shí)驗(yàn)的完整模擬。他們表示，進(jìn)一步擴(kuò)大設(shè)備規(guī)模有望執(zhí)行更復(fù)雜的計(jì)算。

　　在最新研究中，位于真空中的電磁場讓4個(gè)離子排成一行，每個(gè)離子編碼為1個(gè)量子比特，組成了一臺(tái)“菜鳥”量子計(jì)算機(jī)。研究人員用激光束操控離子的自旋，誘導(dǎo)離子執(zhí)行邏輯運(yùn)算。100多步計(jì)算后，科學(xué)家們成功對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)的一個(gè)簡化版預(yù)測進(jìn)行了證實(shí)：能量轉(zhuǎn)化成物質(zhì)，制造出一個(gè)電子和其反粒子（一個(gè)正電子）。

　　最新研究中的量子計(jì)算機(jī)僅有4個(gè)量子比特，但未來量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，可能需要數(shù)百個(gè)量子比特以及復(fù)雜的糾錯(cuò)代碼。不過，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家埃斯特班·馬丁內(nèi)茲解釋稱，物理學(xué)模擬能容忍少量錯(cuò)誤，30到40個(gè)量子比特或許就行。

　　他們希望未來能升級(jí)計(jì)算規(guī)模，以便能模擬強(qiáng)核力（讓夸克依附在一起形成質(zhì)子和中子并最終形成原子核）。因斯布魯克大學(xué)理論物理學(xué)家克里斯汀·穆斯克稱，這可能要數(shù)年時(shí)間來突破硬件和研發(fā)新的量子算法。麻省理工學(xué)院（MIT）的量子計(jì)算專家約翰·基亞韋里尼則稱，如果不對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行顯著修改，或很難擴(kuò)大規(guī)模。

　　穆斯克已打算摒棄現(xiàn)有線性排列，使用離子的二維排列。擴(kuò)大版的量子計(jì)算機(jī)有望解決多個(gè)問題，比如，幫助科學(xué)家理解兩個(gè)原子核的高速碰撞以及中子星甚至中微子等。

　　為了準(zhǔn)確理解理論預(yù)測，物理學(xué)家們一般會(huì)進(jìn)行計(jì)算模擬，再將模擬結(jié)果同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以驗(yàn)證理論是否正確。但穆斯克表示，大多數(shù)這類計(jì)算很難用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬，在涉及強(qiáng)核力時(shí)尤其明顯。

　　很多科學(xué)家認(rèn)為，目前仍處于研發(fā)初級(jí)階段的量子計(jì)算機(jī)未來能解決這一問題。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只用0和1儲(chǔ)存與處理數(shù)據(jù)不同，量子計(jì)算機(jī)的量子比特既可以是0和1，也可以是這兩者的疊加狀態(tài)。因此，理論上量子計(jì)算機(jī)的處理速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　我們對(duì)量子計(jì)算機(jī)所抱有的期望，包括強(qiáng)大、高速、節(jié)能，目前在這臺(tái)只有4個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)中還不可見。甚至在與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的較量中贏了對(duì)手的量子計(jì)算機(jī)D-wave，造價(jià)也要達(dá)到對(duì)手的6000多倍，幾乎不具有實(shí)際應(yīng)用的能力。但無論是在計(jì)算能力上超越傳統(tǒng)型，還是完整地模擬出一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，量子計(jì)算機(jī)都在證明它們的算法是通用的，也是可行的——這就是有一天可能會(huì)改造成為實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。

劉霞