新量子模擬器的顯微圖像，其中包含嵌入一塊電子電路內(nèi)的兩個(gè)相互耦合的納米尺寸金屬半導(dǎo)體組件。圖片來源：愛爾蘭都柏林大學(xué)

美英科學(xué)家合作發(fā)明了一種可擴(kuò)展的新型模擬量子計(jì)算機(jī)，有望用于解決現(xiàn)有最強(qiáng)大的數(shù)字超級(jí)計(jì)算機(jī)也無法解決的物理學(xué)前沿難題，例如幫助科學(xué)家更好地理解超導(dǎo)性，最終找到在室溫下具有超導(dǎo)性的材料。相關(guān)研究刊發(fā)于最新一期《自然·物理學(xué)》雜志。

在最新研究中，斯坦福大學(xué)、美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室以及愛爾蘭都柏林大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)出金屬—半導(dǎo)體混合組件，并將其整合到納米電子電路內(nèi)，得到了新的量子設(shè)備。

研究人員解釋說，模擬設(shè)備的基本原則是創(chuàng)建一種與想要解決的問題類似的硬件，而非為可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)編寫代碼。例如，可通過構(gòu)建一個(gè)太陽(yáng)系的力學(xué)模型來預(yù)測(cè)行星的運(yùn)動(dòng)以及日食發(fā)生的時(shí)間。20世紀(jì)晚期，模擬設(shè)備被用于解決當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的數(shù)字計(jì)算機(jī)無法解決的數(shù)學(xué)計(jì)算。

但要解決量子物理問題，模擬設(shè)備需要包含量子組件。新研制的量子模擬器體系結(jié)構(gòu)包括擁有納米元件的電子電路，這些元件受量子力學(xué)定律的控制。重要的是，科學(xué)家可制造許多這樣的組件，每個(gè)組件的行為基本上與其他組件相同，這就使最新設(shè)計(jì)能從單個(gè)單元擴(kuò)展到大型網(wǎng)絡(luò)，朝開發(fā)出新一代可擴(kuò)展固態(tài)模擬量子計(jì)算機(jī)邁出了關(guān)鍵一步。

研究人員指出，將量子模擬器從兩個(gè)納米級(jí)組件擴(kuò)展到許多納米級(jí)組件，可為當(dāng)前計(jì)算機(jī)無法處理的更復(fù)雜的系統(tǒng)建模，最終幫助揭示宇宙中一些最令人費(fèi)解的謎團(tuán)。

總編輯圈點(diǎn)

我們可將量子模擬器視為一種特殊類型的量子計(jì)算機(jī)。憑借對(duì)納米級(jí)物質(zhì)的控制能力，科學(xué)家可以運(yùn)用量子相關(guān)原理，解決一個(gè)特定要解決的問題，比如文中想要探索的宇宙謎題。由于模擬器的元件實(shí)際上都是受量子力學(xué)定律所控制，其可以進(jìn)入常規(guī)計(jì)算機(jī)所無法到達(dá)的領(lǐng)域，同時(shí)，也為真正成型的量子計(jì)算機(jī)問世鋪路。