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量子計(jì)算機(jī)首次模擬高能物理實(shí)驗(yàn)

2016年06月28日 16:21 | 來源:新華社
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新華社倫敦6月27日電物理學(xué)家首次利用量子計(jì)算機(jī)完全模擬了制造成對粒子和反粒子的高能物理實(shí)驗(yàn)。他們認(rèn)為,這標(biāo)志著量子計(jì)算機(jī)在解決傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)無法解決的問題方面邁出了第一步。

奧地利斯布魯克大學(xué)的一個(gè)研究小組在最近一期《自然》雜志上報(bào)告說,這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是能量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電子和一個(gè)正電子,兩者互為反粒子。

研究團(tuán)隊(duì)采用了一種已經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明可行的4量子位量子計(jì)算機(jī)方案:利用電磁場將4個(gè)離子在真空中排成一排,每個(gè)離子作為一個(gè)量子位,再用激光束操縱這些離子的自旋(即磁場指向),以此來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)中基本的邏輯運(yùn)算。

經(jīng)過大約100個(gè)連續(xù)步驟,每個(gè)步驟持續(xù)時(shí)間不過幾毫秒,研究人員再通過數(shù)碼相機(jī)觀察這4個(gè)離子的狀態(tài)。他們發(fā)現(xiàn),每個(gè)離子都代表了一個(gè)位置,其中兩個(gè)離子表示粒子,另兩個(gè)則表示反粒子,而離子的指向則顯示這個(gè)位置上是否產(chǎn)生了粒子或反粒子。

通過量子計(jì)算,研究人員證實(shí)了現(xiàn)有量子電動力學(xué)的某些推斷。“磁場越強(qiáng),生成粒子和反粒子的速度也就越快,”參加這一研究的埃斯特萬·馬丁內(nèi)斯說。

據(jù)馬丁內(nèi)斯介紹,4量子位還只是最初步的量子計(jì)算機(jī),將來的量子計(jì)算機(jī)或許需要數(shù)百量子位以及復(fù)雜的容錯(cuò)編碼,“要使用量子計(jì)算機(jī)解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法解決的問題,現(xiàn)在還為時(shí)過早,但我們已經(jīng)朝這個(gè)方向邁出了第一步”。

傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)以二進(jìn)制系統(tǒng)的0或1運(yùn)算并儲存數(shù)據(jù),而量子計(jì)算機(jī)因循量子力學(xué)規(guī)律,既可以0或1、也可以0和1同時(shí)運(yùn)算并儲存數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)高效并行計(jì)算。

量子計(jì)算機(jī)除可望極大提高運(yùn)算速度外,還有望突破電子計(jì)算機(jī)所用大規(guī)模集成電路面臨的物理極限,同時(shí)解決高速運(yùn)算帶來的發(fā)熱和能耗問題。不過現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)還無法用于通用目的,需要為特定運(yùn)算編制程序。另外,量子位不穩(wěn)定會導(dǎo)致結(jié)果不可預(yù)測,需要在材料、芯片設(shè)計(jì)和糾錯(cuò)方面有所突破。

編輯:曾珂

關(guān)鍵詞:量子計(jì)算機(jī) 模擬高能物理實(shí)驗(yàn)

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