量子计算机首次模拟高能物理实验,量子计算机

2019-08-17 04:03栏目:澳门新葡亰手机版登录网址

物理学家首次利用量子计算机完全模拟了制造成对粒子和反粒子的高能物理实验。他们认为,这标志着量子计算机在解决传统电子计算机无法解决的问题方面迈出了第一步。

奥地利物理学家在6月22日出版的《自然》杂志上撰文称,他们利用4个“量子比特”组成的量子计算机,实现了第一个高能物理实验的完整模拟。他们表示,进一步扩大设备规模有望执行更复杂的计算。

奥地利物理学家在6月22日出版的《自然》杂志上撰文称,他们利用4个“量子比特”组成的量子计算机,实现了第一个高能物理实验的完整模拟。他们表示,进一步扩大设备规模有望执行更复杂的计算。

奥地利斯布鲁克大学的一个研究小组在最近一期《自然》杂志上报告说,这个实验模拟的是能量转化为物质时产生一个电子和一个正电子,两者互为反粒子。

在最新研究中,位于真空中的电磁场让4个离子排成一行,每个离子编码为1个量子比特,组成了一台“菜鸟”量子计算机。研究人员用激光束操控离子的自旋,诱导离子执行逻辑运算。100多步计算后,科学家们成功对量子电动力学的一个简化版预测进行了证实:能量转化成物质,制造出一个电子和其反粒子。

在最新研究中,位于真空中的电磁场让4个离子排成一行,每个离子编码为1个量子比特,组成了一台“菜鸟”量子计算机。研究人员用激光束操控离子的自旋,诱导离子执行逻辑运算。100多步计算后,科学家们成功对量子电动力学的一个简化版预测进行了证实:能量转化成物质,制造出一个电子和其反粒子。

研究团队采用了一种已经实验证明可行的4量子位量子计算机方案:利用电磁场将4个离子在真空中排成一排,每个离子作为一个量子位,再用激光束操纵这些离子的自旋,以此来实现计算机中基本的逻辑运算。

澳门新葡亰手机版登录网址,最新研究中的量子计算机仅有4个量子比特,但未来量子计算机的应用,可能需要数百个量子比特以及复杂的纠错代码。不过,实验物理学家埃斯特班·马丁内兹解释称,物理学模拟能容忍少量错误,30到40个量子比特或许就行。

最新研究中的量子计算机仅有4个量子比特,但未来量子计算机的应用,可能需要数百个量子比特以及复杂的纠错代码。不过,实验物理学家埃斯特班·马丁内兹解释称,物理学模拟能容忍少量错误,30到40个量子比特或许就行。

经过大约100个连续步骤,每个步骤持续时间不过几毫秒,研究人员再通过数码相机观察这4个离子的状态。他们发现,每个离子都代表了一个位置,其中两个离子表示粒子,另两个则表示反粒子,而离子的指向则显示这个位置上是否产生了粒子或反粒子。

他们希望未来能升级计算规模,以便能模拟强核力(让夸克依附在一起形成质子和中子并最终形成原子核)。因斯布鲁克大学理论物理学家克里斯汀·穆斯克称,这可能要数年时间来突破硬件和研发新的量子算法。麻省理工学院的量子计算专家约翰·基亚韦里尼则称,如果不对实验进行显著修改,或很难扩大规模。

他们希望未来能升级计算规模,以便能模拟强核力(让夸克依附在一起形成质子和中子并最终形成原子核)。因斯布鲁克大学理论物理学家克里斯汀·穆斯克称,这可能要数年时间来突破硬件和研发新的量子算法。麻省理工学院的量子计算专家约翰·基亚韦里尼则称,如果不对实验进行显著修改,或很难扩大规模。

通过量子计算,研究人员证实了现有量子电动力学的某些推断。“磁场越强,生成粒子和反粒子的速度也就越快,”参加这一研究的埃斯特万·马丁内斯说。

穆斯克已打算摒弃现有线性排列,使用离子的二维排列。扩大版的量子计算机有望解决多个问题,比如,帮助科学家理解两个原子核的高速碰撞以及中子星甚至中微子等。

穆斯克已打算摒弃现有线性排列,使用离子的二维排列。扩大版的量子计算机有望解决多个问题,比如,帮助科学家理解两个原子核的高速碰撞以及中子星甚至中微子等。

据马丁内斯介绍,4量子位还只是最初步的量子计算机,将来的量子计算机或许需要数百量子位以及复杂的容错编码,“要使用量子计算机解决传统计算机无法解决的问题,现在还为时过早,但我们已经朝这个方向迈出了第一步”。

为了准确理解理论预测,物理学家们一般会进行计算模拟,再将模拟结果同实验数据进行比较,以验证理论是否正确。但穆斯克表示,大多数这类计算很难用传统计算机模拟,在涉及强核力时尤其明显。

为了准确理解理论预测,物理学家们一般会进行计算模拟,再将模拟结果同实验数据进行比较,以验证理论是否正确。但穆斯克表示,大多数这类计算很难用传统计算机模拟,在涉及强核力时尤其明显。

传统电子计算机以二进制系统的0或1运算并储存数据,而量子计算机因循量子力学规律,既可以0或1、也可以0和1同时运算并储存数据,实现高效并行计算。

很多科学家认为,目前仍处于研发初级阶段的量子计算机未来能解决这一问题。与传统计算机只用0和1储存与处理数据不同,量子计算机的量子比特既可以是0和1,也可以是这两者的叠加状态。因此,理论上量子计算机的处理速度要远远大于传统计算机。

很多科学家认为,目前仍处于研发初级阶段的量子计算机未来能解决这一问题。与传统计算机只用0和1储存与处理数据不同,量子计算机的量子比特既可以是0和1,也可以是这两者的叠加状态。因此,理论上量子计算机的处理速度要远远大于传统计算机。

量子计算机除可望极大提高运算速度外,还有望突破电子计算机所用大规模集成电路面临的物理极限,同时解决高速运算带来的发热和能耗问题。不过现有量子计算机还无法用于通用目的,需要为特定运算编制程序。另外,量子位不稳定会导致结果不可预测,需要在材料、芯片设计和纠错方面有所突破。

总编辑圈点

我们对量子计算机所抱有的期望,包括强大、高速、节能,目前在这台只有4个量子比特的计算机中还不可见。甚至在与传统计算机的较量中赢了对手的量子计算机D-wave,造价也要达到对手的6000多倍,几乎不具有实际应用的能力。但无论是在计算能力上超越传统型,还是完整地模拟出一个物理实验,量子计算机都在证明它们的算法是通用的,也是可行的——这就是有一天可能会改造成为实用型量子计算机的基础。

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